WO2011126309A2 - 비디오 부호화 방법 및 장치, 비디오 복호화 방법 및 장치 - Google Patents

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Definitions

  • the present invention relates to the encoding and decoding of video. More specifically, the present invention relates to a process of predicting and compensating bidirectional motion with more precision.
  • video codec for efficiently encoding or decoding high resolution or high definition video content.
  • video is encoded according to a limited encoding method based on a macroblock of a predetermined size.
  • the present invention has been made in an effort to provide a method and apparatus for encoding and decoding an image that performs precise bidirectional motion prediction and compensation on a pixel-by-pixel basis without significantly increasing the amount of bits required for encoding motion information.
  • more precise motion prediction without additional overhead increase of information on the motion compensation mode is performed by performing pixel-by-pixel motion compensation based on the optical flow of pixels of the reference picture based on the block-by-block motion compensation result. And perform compensation.
  • FIG. 1 is a block diagram of a video encoding apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a block diagram of a video decoding apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 illustrates a concept of coding units, according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a block diagram of an image encoder based on coding units, according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a block diagram of an image decoder based on coding units, according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a diagram of deeper coding units according to depths, and partitions, according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 illustrates a relationship between coding units and transformation units, according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 illustrates encoding information according to depths, according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a diagram of deeper coding units according to depths, according to an embodiment of the present invention.
  • 10, 11, and 12 illustrate a relationship between a coding unit, a prediction unit, and a frequency transformation unit, according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 illustrates a relationship between a coding unit, a prediction unit, and a transformation unit, according to encoding mode information of Table 1.
  • FIG. 14 is a block diagram illustrating a configuration of a motion compensation unit according to an embodiment of the present invention.
  • 15 is a reference diagram for explaining a block-based bidirectional motion prediction and compensation process according to an embodiment of the present invention.
  • 16 is a reference diagram for explaining a process of performing pixel-by-pixel motion compensation according to an embodiment of the present invention.
  • 17 is a reference diagram for explaining a process of calculating horizontal and vertical gradient values according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 18 is a reference diagram for explaining a process of calculating horizontal and vertical gradient values according to another embodiment of the present invention.
  • 19 is a table illustrating filter coefficients of the gradient value calculating filter according to another exemplary embodiment of the present invention.
  • 20 is a reference diagram for explaining a process of determining a horizontal displacement vector and a vertical displacement vector according to an embodiment of the present invention.
  • 21 is a flowchart illustrating a video encoding method according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 22 is a block diagram showing a configuration of a motion compensation unit included in a decoding apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 23 is a flowchart illustrating a video decoding method according to an embodiment of the present invention.
  • a video encoding method determines a first motion vector and a second motion vector indicating a first corresponding region and a second corresponding region most similar to a current block in a first reference picture and a second reference picture.
  • a video decoding method includes extracting motion prediction mode information on a current block to be decoded from a bitstream;
  • the extracted motion prediction mode is a bidirectional predictive motion mode using a pixel-by-pixel motion compensation value
  • the first corresponding region and the second corresponding region most similar to the current block in the first reference picture and the second reference picture are determined from the bitstream.
  • Extracting information about the pointing first and second motion vectors Performing block-by-block bidirectional motion compensation for the current block using the first motion vector and the second motion vector; Performing pixel-by-pixel motion compensation for each pixel of the current block by using pixels of the first reference picture and the second reference picture; And generating a bidirectional motion prediction value for the current block by using the blockwise bidirectional motion compensation result and the pixelwise motion compensation result.
  • An apparatus for encoding a video determines a first motion vector and a second motion vector indicating a first corresponding region and a second corresponding region that are most similar to the current block in the first reference picture and the second reference picture.
  • a motion predictor for performing bidirectional motion prediction A block unit motion compensation unit performing block unit bidirectional motion compensation for the current block by using the first motion vector and the second motion vector;
  • a pixel-by-pixel motion compensation unit that performs pixel-by-pixel motion compensation for each pixel of the current block by using pixels of the first reference picture and the second reference picture;
  • a prediction value generator configured to generate a bidirectional motion prediction value for the current block by using the blockwise bidirectional motion compensation result and the pixelwise motion compensation result.
  • the video decoding apparatus extracts motion prediction mode information on a current block decoded from a bitstream, and the extracted motion prediction mode is a bidirectional predictive motion mode using a pixel-based motion compensation value.
  • An entropy decoder configured to extract information about a first motion vector and a second motion vector indicating a first corresponding region and a second corresponding region that are most similar to the current block in the first reference picture and the second reference picture from the bitstream;
  • a block unit motion compensation unit performing block unit bidirectional motion compensation for the current block by using the first motion vector and the second motion vector;
  • a pixel-by-pixel motion compensation unit that performs pixel-by-pixel motion compensation for each pixel of the current block by using pixels of the first reference picture and the second reference picture;
  • a prediction value generator configured to generate a bidirectional motion prediction value for the current block by using the blockwise bidirectional motion compensation result and the pixelwise motion compensation result.
  • FIG. 1 is a block diagram of a video encoding apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • the video encoding apparatus 100 includes a maximum coding unit splitter 110, a coding unit determiner 120, and an outputter 130.
  • the maximum coding unit splitter 110 may partition the current picture based on the maximum coding unit that is a coding unit of the maximum size for the current picture of the image. If the current picture is larger than the maximum coding unit, image data of the current picture may be split into at least one maximum coding unit.
  • the maximum coding unit may be a data unit having a size of 32x32, 64x64, 128x128, 256x256, etc., and may be a square data unit having a square power of 2 with a horizontal and vertical size greater than eight.
  • the image data may be output to the coding unit determiner 120 for at least one maximum coding unit.
  • the coding unit according to an embodiment may be characterized by a maximum size and depth.
  • the depth indicates the number of times the coding unit is spatially divided from the maximum coding unit, and as the depth increases, the coding unit for each depth may be split from the maximum coding unit to the minimum coding unit.
  • the depth of the largest coding unit is the highest depth and the minimum coding unit may be defined as the lowest coding unit.
  • the maximum coding unit decreases as the depth increases, the size of the coding unit for each depth decreases, and thus, the coding unit of the higher depth may include coding units of a plurality of lower depths.
  • the image data of the current picture may be divided into maximum coding units according to the maximum size of the coding unit, and each maximum coding unit may include coding units divided by depths. Since the maximum coding unit is divided according to depths, image data of a spatial domain included in the maximum coding unit may be hierarchically classified according to depths.
  • the maximum depth and the maximum size of the coding unit that limit the total number of times of hierarchically dividing the height and the width of the maximum coding unit may be preset.
  • the coding unit determiner 120 encodes at least one divided region obtained by dividing the region of the largest coding unit for each depth, and determines a depth at which the final encoding result is output for each of the at least one divided region. That is, the coding unit determiner 120 encodes the image data in coding units according to depths for each maximum coding unit of the current picture, and selects a depth at which the smallest coding error occurs to determine the coding depth. The determined coded depth and the image data for each maximum coding unit are output to the outputter 130.
  • Image data in the largest coding unit is encoded based on coding units according to depths according to at least one depth less than or equal to the maximum depth, and encoding results based on the coding units for each depth are compared. As a result of comparing the encoding error of the coding units according to depths, a depth having the smallest encoding error may be selected. At least one coding depth may be determined for each maximum coding unit.
  • the coding unit is divided into hierarchically and the number of coding units increases.
  • a coding error of each data is measured, and whether or not division into a lower depth is determined. Therefore, even in the data included in one largest coding unit, since the encoding error for each depth is different according to the position, the coding depth may be differently determined according to the position. Accordingly, one or more coding depths may be set for one maximum coding unit, and data of the maximum coding unit may be partitioned according to coding units of one or more coding depths.
  • the coding unit determiner 120 may determine coding units having a tree structure included in the current maximum coding unit.
  • the coding units having a tree structure according to an embodiment include coding units having a depth determined as a coding depth among all deeper coding units included in the maximum coding unit.
  • the coding unit of the coding depth may be hierarchically determined according to the depth in the same region within the maximum coding unit, and may be independently determined for the other regions.
  • the coded depth for the current region may be determined independently of the coded depth for the other region.
  • the maximum depth according to an embodiment is an index related to the number of divisions from the maximum coding unit to the minimum coding unit.
  • the first maximum depth according to an embodiment may represent the total number of divisions from the maximum coding unit to the minimum coding unit.
  • the second maximum depth according to an embodiment may represent the total number of depth levels from the maximum coding unit to the minimum coding unit. For example, when the depth of the largest coding unit is 0, the depth of the coding unit obtained by dividing the largest coding unit once may be set to 1, and the depth of the coding unit divided twice may be set to 2. In this case, if the coding unit divided four times from the maximum coding unit is the minimum coding unit, since depth levels of 0, 1, 2, 3, and 4 exist, the first maximum depth is set to 4 and the second maximum depth is set to 5. Can be.
  • Predictive coding and frequency transform of the largest coding unit may be performed. Similarly, the prediction encoding and the frequency transformation are performed based on depth-wise coding units for each maximum coding unit and for each depth below the maximum depth.
  • encoding including prediction coding and frequency transformation should be performed on all the coding units for each depth generated as the depth deepens.
  • the prediction encoding and the frequency transformation will be described based on the coding unit of the current depth among at least one maximum coding unit.
  • the video encoding apparatus 100 may variously select a size or shape of a data unit for encoding image data.
  • the encoding of the image data is performed through prediction encoding, frequency conversion, entropy encoding, and the like.
  • the same data unit may be used in every step, or the data unit may be changed in steps.
  • the video encoding apparatus 100 may select not only a coding unit for encoding the image data, but also a data unit different from the coding unit in order to perform predictive encoding of the image data in the coding unit.
  • prediction encoding may be performed based on a coding unit of a coding depth, that is, a more strange undivided coding unit, according to an embodiment.
  • a more strange undivided coding unit that is the basis of prediction coding is referred to as a 'prediction unit'.
  • the partition in which the prediction unit is divided may include a data unit in which at least one of the prediction unit and the height and the width of the prediction unit are divided.
  • the partition type includes not only symmetric partitions in which the height or width of the prediction unit is divided by a symmetrical ratio, but also partitions divided in an asymmetrical ratio, such as 1: n or n: 1, by a geometric form. It may optionally include partitioned partitions, arbitrary types of partitions, and the like.
  • the prediction mode of the prediction unit may be at least one of an intra mode, an inter mode, and a skip mode.
  • the intra mode and the inter mode may be performed on partitions having sizes of 2N ⁇ 2N, 2N ⁇ N, N ⁇ 2N, and N ⁇ N.
  • the skip mode may be performed only for partitions having a size of 2N ⁇ 2N.
  • the encoding may be performed independently for each prediction unit within the coding unit to select a prediction mode having the smallest encoding error.
  • the video encoding apparatus 100 may perform frequency conversion of image data of a coding unit based on not only a coding unit for encoding image data, but also a data unit different from the coding unit.
  • frequency conversion may be performed based on a data unit having a size smaller than or equal to the coding unit.
  • the data unit for frequency conversion may include a data unit for an intra mode and a data unit for an inter mode.
  • the data unit on which the frequency conversion is based may be referred to as a 'conversion unit'.
  • the residual data of the coding unit may be partitioned according to the transform unit having a tree structure according to the transform depth.
  • a transform depth indicating a number of divisions between the height and the width of the coding unit divided to the transform unit may be set. For example, if the size of the transform unit of the current coding unit of size 2Nx2N is 2Nx2N, the transform depth is 0, the transform depth 1 if the size of the transform unit is NxN, and the transform depth 2 if the size of the transform unit is N / 2xN / 2. Can be. That is, the transformation unit having a tree structure may also be set for the transformation unit according to the transformation depth.
  • the encoded information for each coded depth requires not only the coded depth but also prediction related information and frequency transform related information. Accordingly, the coding unit determiner 120 may determine not only a coding depth that generates a minimum coding error, but also a partition type obtained by dividing a prediction unit into partitions, a prediction mode for each prediction unit, and a size of a transformation unit for frequency transformation. .
  • a method of determining a coding unit and a partition according to a tree structure of a maximum coding unit according to an embodiment will be described later in detail with reference to FIGS. 3 to 12.
  • the coding unit determiner 120 may measure a coding error of coding units according to depths using a Lagrangian Multiplier-based rate-distortion optimization technique.
  • the output unit 130 outputs the image data of the maximum coding unit encoded based on the at least one coded depth determined by the coding unit determiner 120 and the information about the encoding modes according to depths in the form of a bit stream.
  • the encoded image data may be a result of encoding residual data of the image.
  • the information about the encoding modes according to depths may include encoding depth information, partition type information of a prediction unit, prediction mode information, size information of a transformation unit, and the like.
  • the coded depth information may be defined using depth-specific segmentation information indicating whether to encode to a coding unit of a lower depth without encoding to the current depth. If the current depth of the current coding unit is a coding depth, since the current coding unit is encoded in a coding unit of the current depth, split information of the current depth may be defined so that it is no longer divided into lower depths. On the contrary, if the current depth of the current coding unit is not the coding depth, encoding should be attempted using the coding unit of the lower depth, and thus split information of the current depth may be defined to be divided into coding units of the lower depth.
  • encoding is performed on the coding unit divided into the coding units of the lower depth. Since at least one coding unit of a lower depth exists in the coding unit of the current depth, encoding may be repeatedly performed for each coding unit of each lower depth, and recursive coding may be performed for each coding unit of the same depth.
  • coding units having a tree structure are determined in one largest coding unit and information about at least one coding mode should be determined for each coding unit of a coding depth, information about at least one coding mode may be determined for one maximum coding unit. Can be.
  • the coding depth may be different for each location, and thus information about the coded depth and the coding mode may be set for the data.
  • the output unit 130 may allocate encoding information about a corresponding coding depth and an encoding mode to at least one of a coding unit, a prediction unit, and a minimum unit included in the maximum coding unit. .
  • a minimum unit is a square data unit having a minimum coding unit, which is a lowest coding depth, divided into four pieces, and has a maximum size that may be included in all coding units, prediction units, and transformation units included in the maximum coding unit. It may be a square data unit.
  • the encoding information output through the output unit 130 may be classified into encoding information according to depth coding units and encoding information according to prediction units.
  • the encoding information for each coding unit according to depth may include prediction mode information and partition size information.
  • the encoding information transmitted for each prediction unit includes information about an estimation direction of the inter mode, information about a reference image index of the inter mode, information about a motion vector, information about a chroma component of an intra mode, and information about an inter mode of an intra mode. And the like.
  • information about a maximum size and information about a maximum depth of a coding unit defined for each picture, slice, or GOP may be inserted in a header of a bitstream.
  • a coding unit according to depths is a coding unit having a size in which a height and a width of a coding unit of one layer higher depth are divided by half. That is, if the size of the coding unit of the current depth is 2Nx2N, the size of the coding unit of the lower depth is NxN.
  • the current coding unit having a size of 2N ⁇ 2N may include up to four lower depth coding units having a size of N ⁇ N.
  • the video encoding apparatus 100 determines a coding unit having an optimal shape and size for each maximum coding unit based on the size and the maximum depth of the maximum coding unit determined in consideration of characteristics of the current picture.
  • coding units having a tree structure may be configured.
  • an optimal coding mode may be determined in consideration of image characteristics of coding units having various image sizes.
  • the video encoding apparatus may adjust the coding unit in consideration of the image characteristics while increasing the maximum size of the coding unit in consideration of the size of the image, thereby increasing image compression efficiency.
  • FIG. 2 is a block diagram of a video decoding apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • the video decoding apparatus 200 includes a receiver 210, an image data and encoding information extractor 220, and an image data decoder 230.
  • Definitions of various terms such as coding units, depths, prediction units, transformation units, and information about various encoding modes for various processings of the video decoding apparatus 200 according to an embodiment may include the video encoding apparatus 100 of FIG. 1 and the video encoding apparatus 100. Same as described above with reference.
  • the receiver 205 receives and parses a bitstream of an encoded video.
  • the image data and encoding information extractor 220 extracts image data encoded for each coding unit from the parsed bitstream according to coding units having a tree structure for each maximum coding unit, and outputs the encoded image data to the image data decoder 230.
  • the image data and encoding information extractor 220 may extract information about a maximum size of a coding unit of the current picture from a header for the current picture.
  • the image data and encoding information extractor 220 extracts information about a coded depth and an encoding mode for the coding units having a tree structure for each maximum coding unit, from the parsed bitstream.
  • the extracted information about the coded depth and the coding mode is output to the image data decoder 230. That is, the image data of the bit string may be divided into maximum coding units so that the image data decoder 230 may decode the image data for each maximum coding unit.
  • the information about the coded depth and the encoding mode for each largest coding unit may be set with respect to one or more coded depth information, and the information about the coding mode according to the coded depths may include partition type information, prediction mode information, and transformation unit of the corresponding coding unit. May include size information and the like.
  • split information for each depth may be extracted as the coded depth information.
  • the information about the coded depth and the encoding mode according to the maximum coding units extracted by the image data and the encoding information extractor 220 may be encoded according to the depth according to the maximum coding unit, as in the video encoding apparatus 100 according to an embodiment.
  • the image data and the encoding information extractor 220 may determine the predetermined data.
  • Information about a coded depth and an encoding mode may be extracted for each unit. If the information about the coded depth and the coding mode of the maximum coding unit is recorded for each of the predetermined data units, the predetermined data units having the information about the same coded depth and the coding mode are inferred as data units included in the same maximum coding unit. Can be.
  • the image data decoder 230 reconstructs the current picture by decoding image data of each maximum coding unit based on the information about the coded depth and the encoding mode for each maximum coding unit. That is, the image data decoder 230 may decode the encoded image data based on the read partition type, the prediction mode, and the transformation unit for each coding unit among the coding units having the tree structure included in the maximum coding unit. Can be.
  • the decoding process may include a prediction process including intra prediction and motion compensation, and a frequency inverse transform process.
  • the image data decoder 230 may perform intra prediction or motion compensation according to each partition and prediction mode for each coding unit based on partition type information and prediction mode information of the prediction unit of the coding unit for each coding depth. .
  • the image data decoder 230 may perform frequency inverse transformation according to each transformation unit for each coding unit based on size information of the transformation unit of the coding unit for each coding depth, for a frequency inverse transformation for each maximum coding unit. have.
  • the image data decoder 230 may determine the coded depth of the current maximum coding unit by using the split information for each depth. If the split information indicates that the split information is no longer split at the current depth, the current depth is the coded depth. Therefore, the image data decoder 230 may decode the coding unit of the current depth using the partition type, the prediction mode, and the transformation unit size information of the prediction unit with respect to the image data of the current maximum coding unit.
  • the image data decoder 230 It may be regarded as one data unit to be decoded in the same encoding mode.
  • the video decoding apparatus 200 may obtain information about a coding unit that generates a minimum coding error by recursively encoding each maximum coding unit in an encoding process, and use the same to decode the current picture. have. That is, decoding of encoded image data of coding units having a tree structure determined as an optimal coding unit for each maximum coding unit can be performed.
  • the image data can be efficiently used according to the coding unit size and the encoding mode that are adaptively determined according to the characteristics of the image by using the information about the optimum encoding mode transmitted from the encoding end. Can be decoded and restored.
  • 3 illustrates a concept of hierarchical coding units.
  • a size of a coding unit may be expressed by a width x height, and may include 32x32, 16x16, and 8x8 from a coding unit having a size of 64x64.
  • Coding units of size 64x64 may be partitioned into partitions of size 64x64, 64x32, 32x64, and 32x32, coding units of size 32x32 are partitions of size 32x32, 32x16, 16x32, and 16x16, and coding units of size 16x16 are 16x16.
  • Coding units of size 8x8 may be divided into partitions of size 8x8, 8x4, 4x8, and 4x4, into partitions of 16x8, 8x16, and 8x8.
  • the resolution is set to 1920x1080, the maximum size of the coding unit is 64, and the maximum depth is 2.
  • the resolution is set to 1920x1080, the maximum size of the coding unit is 64, and the maximum depth is set to 3.
  • the resolution is set to 352x288, the maximum size of the coding unit is 16, and the maximum depth is 1.
  • the maximum depth illustrated in FIG. 3 represents the total number of divisions from the maximum coding unit to the minimum coding unit.
  • the maximum size of the coding size is relatively large not only to improve the coding efficiency but also to accurately shape the image characteristics. Accordingly, the video data 310 or 320 having a higher resolution than the video data 330 may be selected to have a maximum size of 64.
  • the coding unit 315 of the video data 310 is divided twice from a maximum coding unit having a long axis size of 64, and the depth is deepened by two layers, so that the long axis size is 32, 16. Up to coding units may be included.
  • the coding unit 335 of the video data 330 is divided once from coding units having a long axis size of 16, and the depth is deepened by one layer to increase the long axis size to 8. Up to coding units may be included.
  • the coding unit 325 of the video data 320 is divided three times from the largest coding unit having a long axis size of 64, and the depth is three layers deep, so that the long axis size is 32, 16. , Up to 8 coding units may be included. As the depth increases, the expressive power of the detailed information may be improved.
  • FIG. 4 is a block diagram of an image encoder based on coding units, according to an embodiment of the present invention.
  • the image encoder 400 includes operations performed by the encoding unit determiner 120 of the video encoding apparatus 100 to encode image data. That is, the intra predictor 410 performs intra prediction on the coding unit of the intra mode among the current frame 405, and the motion estimator 420 and the motion compensator 425 are the current frame 405 of the inter mode. And the inter frame estimation and motion compensation using the reference frame 495.
  • Data output from the intra predictor 410, the motion estimator 420, and the motion compensator 425 is output as a quantized transform coefficient through the frequency converter 430 and the quantizer 440.
  • the motion estimator 420 and the motion compensator 425 according to an embodiment of the present invention compensate for bidirectional motion on a pixel-by-pixel basis in addition to the bidirectional motion predicted and compensated result based on blocks at the time of bidirectional motion prediction and compensation. Do this. This will be described in detail later with reference to FIG. 14.
  • the quantized transform coefficients are restored to the data of the spatial domain through the inverse quantizer 460 and the frequency inverse transformer 470, and the recovered data of the spatial domain is passed through the deblocking block 480 and the loop filtering unit 490. It is post-processed and output to the reference frame 495.
  • the quantized transform coefficients may be output to the bitstream 455 via the entropy encoder 450.
  • an intra predictor 410, a motion estimator 420, a motion compensator 425, and a frequency converter that are components of the image encoder 400 may be used.
  • 430, quantization unit 440, entropy encoding unit 450, inverse quantization unit 460, frequency inverse transform unit 470, deblocking unit 480, and loop filtering unit 490 are all the maximum coding units. In each case, a task based on each coding unit among the coding units having a tree structure should be performed in consideration of the maximum depth.
  • the intra predictor 410, the motion estimator 420, and the motion compensator 425 partition each coding unit among coding units having a tree structure in consideration of the maximum size and the maximum depth of the current maximum coding unit.
  • a prediction mode, and the frequency converter 430 should determine the size of a transform unit in each coding unit among the coding units having a tree structure.
  • FIG. 5 is a block diagram of an image decoder based on coding units, according to an embodiment of the present invention.
  • the bitstream 505 is parsed through the parsing unit 510, and the encoded image data to be decoded and information about encoding necessary for decoding are parsed.
  • the encoded image data is output as inverse quantized data through the entropy decoder 520 and the inverse quantizer 530, and the image data of the spatial domain is restored through the frequency inverse transformer 540.
  • the intra prediction unit 550 performs intra prediction on the coding unit of the intra mode, and the motion compensator 560 uses the reference frame 585 together to apply the coding unit of the inter mode.
  • the motion compensator 560 according to an embodiment of the present invention performs bidirectional motion compensation on a pixel-by-pixel basis in addition to the block-based bidirectional motion compensation result in the bidirectional motion compensation. This will be described in detail later with reference to FIG. 14.
  • Data in the spatial domain that has passed through the intra predictor 550 and the motion compensator 560 may be post-processed through the deblocking unit 570 and the loop filtering unit 580 to be output to the reconstructed frame 595.
  • the post-processed data through the deblocking unit 570 and the loop filtering unit 580 may be output as the reference frame 585.
  • step-by-step operations after the parser 510 of the image decoder 500 may be performed.
  • a parser 510 In order to be applied to the video decoding apparatus 200 according to an exemplary embodiment, a parser 510, an entropy decoder 520, an inverse quantizer 530, and a frequency inverse transform unit which are components of the image decoder 500 may be used.
  • the intra predictor 550, the motion compensator 560, the deblocking unit 570, and the loop filtering unit 580 all perform operations based on coding units having a tree structure for each largest coding unit. shall.
  • the intra predictor 550 and the motion compensator 560 determine partitions and prediction modes for each coding unit having a tree structure, and the frequency inverse transform unit 540 must determine the size of the transform unit for each coding unit. do.
  • FIG. 6 is a diagram of deeper coding units according to depths, and partitions, according to an embodiment of the present invention.
  • the video encoding apparatus 100 according to an embodiment and the video decoding apparatus 200 according to an embodiment use hierarchical coding units to consider image characteristics.
  • the maximum height, width, and maximum depth of the coding unit may be adaptively determined according to the characteristics of the image, and may be variously set according to a user's request. According to the maximum size of the preset coding unit, the size of the coding unit for each depth may be determined.
  • the hierarchical structure 600 of a coding unit illustrates a case in which a maximum height and a width of a coding unit are 64 and a maximum depth is four. Since the depth deepens along the vertical axis of the hierarchical structure 600 of the coding unit, the height and the width of the coding unit for each depth are respectively divided. In addition, a prediction unit and a partition on which the prediction encoding of each depth-based coding unit is shown along the horizontal axis of the hierarchical structure 600 of the coding unit are illustrated.
  • the coding unit 610 has a depth of 0 as the largest coding unit of the hierarchical structure 600 of the coding unit, and the size, ie, the height and width, of the coding unit is 64x64.
  • the depth is deeper along the vertical axis, the coding unit 620 of depth 1 having a size of 32x32, the coding unit 630 of depth 2 having a size of 16x16, the coding unit 640 of depth 3 having a size of 8x8, and the depth 4 of depth 4x4.
  • the coding unit 650 exists.
  • a coding unit 650 having a depth of 4 having a size of 4 ⁇ 4 is a minimum coding unit.
  • Prediction units and partitions of the coding unit are arranged along the horizontal axis for each depth. That is, if the coding unit 610 of size 64x64 having a depth of zero is a prediction unit, the prediction unit may include a partition 610 of size 64x64, partitions 612 of size 64x32, and size included in the coding unit 610 of size 64x64. 32x64 partitions 614, 32x32 partitions 616.
  • the prediction unit of the coding unit 620 having a size of 32x32 having a depth of 1 includes a partition 620 of size 32x32, partitions 622 of size 32x16 and a partition of size 16x32 included in the coding unit 620 of size 32x32. 624, partitions 626 of size 16x16.
  • the prediction unit of the coding unit 630 of size 16x16 having a depth of 2 includes a partition 630 of size 16x16, partitions 632 of size 16x8, and a partition of size 8x16 included in the coding unit 630 of size 16x16. 634, partitions 636 of size 8x8.
  • the prediction unit of the coding unit 640 of size 8x8 having a depth of 3 includes a partition 640 of size 8x8, partitions 642 of size 8x4 and a partition of size 4x8 included in the coding unit 640 of size 8x8. 644, partitions 646 of size 4x4.
  • the coding unit 650 of size 4x4 having a depth of 4 is the minimum coding unit and the coding unit of the lowest depth, and the corresponding prediction unit may also be set only as the partition 650 of size 4x4.
  • the coding unit determiner 120 of the video encoding apparatus 100 may determine a coding depth of the maximum coding unit 610.
  • the number of deeper coding units according to depths for including data having the same range and size increases as the depth increases. For example, four coding units of depth 2 are required for data included in one coding unit of depth 1. Therefore, in order to compare the encoding results of the same data for each depth, each of the coding units having one depth 1 and four coding units having four depths 2 should be encoded.
  • encoding is performed for each prediction unit of each coding unit along a horizontal axis of the hierarchical structure 600 of the coding unit, and a representative coding error, which is the smallest coding error at a corresponding depth, may be selected. .
  • a depth deeper along the vertical axis of the hierarchical structure 600 of the coding unit the encoding may be performed for each depth, and the minimum coding error may be searched by comparing the representative coding error for each depth.
  • the depth and the partition in which the minimum coding error occurs in the maximum coding unit 610 may be selected as the coding depth and the partition type of the maximum coding unit 610.
  • FIG. 7 illustrates a relationship between coding units and transformation units, according to an embodiment of the present invention.
  • the video encoding apparatus 100 encodes or decodes an image in coding units having a size smaller than or equal to the maximum coding unit for each maximum coding unit.
  • the size of a transform unit for frequency transformation during the encoding process may be selected based on a data unit that is not larger than each coding unit.
  • the 32x32 size conversion unit 720 is Frequency conversion can be performed using the above.
  • the data of the 64x64 coding unit 710 is encoded by performing frequency transformation on the 32x32, 16x16, 8x8, and 4x4 size transformation units of 64x64 size or less, and then the transformation unit having the least error with the original is obtained. Can be selected.
  • FIG. 8 illustrates encoding information according to depths, according to an embodiment of the present invention.
  • the output unit 130 of the video encoding apparatus 100 is information about an encoding mode, and information about a partition type 800 and information 810 about a prediction mode for each coding unit of each coded depth.
  • the information 820 about the size of the transformation unit may be encoded and transmitted.
  • the information about the partition type 800 is a data unit for predictive encoding of the current coding unit and indicates information about a partition type in which the prediction unit of the current coding unit is divided.
  • the current coding unit CU_0 of size 2Nx2N is any one of a partition 802 of size 2Nx2N, a partition 804 of size 2NxN, a partition 806 of size Nx2N, and a partition 808 of size NxN. It can be divided and used.
  • the information 800 about the partition type of the current coding unit represents one of a partition 802 of size 2Nx2N, a partition 804 of size 2NxN, a partition 806 of size Nx2N, and a partition 808 of size NxN. It is set to.
  • Information 810 relating to the prediction mode indicates the prediction mode of each partition. For example, through the information 810 about the prediction mode, whether the partition indicated by the information 800 about the partition type is performed in one of the intra mode 812, the inter mode 814, and the skip mode 816 is performed. Whether or not can be set.
  • the information about the transform unit size 820 indicates whether to transform the current coding unit based on the transform unit.
  • the transform unit may be one of a first intra transform unit size 822, a second intra transform unit size 824, a first inter transform unit size 826, and a second intra transform unit size 828. have.
  • the image data and encoding information extractor 210 of the video decoding apparatus 200 may include information about a partition type 800, information 810 about a prediction mode, and transformation for each depth-based coding unit. Information 820 about the unit size may be extracted and used for decoding.
  • FIG. 9 is a diagram of deeper coding units according to depths, according to an embodiment of the present invention.
  • Segmentation information may be used to indicate a change in depth.
  • the split information indicates whether a coding unit of a current depth is split into coding units of a lower depth.
  • the prediction unit 910 for predictive encoding of the coding unit 900 having depth 0 and 2N_0x2N_0 size includes a partition type 912 having a size of 2N_0x2N_0, a partition type 914 having a size of 2N_0xN_0, a partition type 916 having a size of N_0x2N_0, and a N_0xN_0 It may include a partition type 918 of size. Although only partitions 912, 914, 916, and 918 in which the prediction unit is divided by a symmetrical ratio are illustrated, as described above, the partition type is not limited thereto, and asymmetric partitions, arbitrary partitions, geometric partitions, and the like. It may include.
  • prediction encoding may be performed in an intra mode and an inter mode.
  • the skip mode may be performed only for prediction encoding on partitions having a size of 2N_0x2N_0.
  • the depth 0 is changed to 1 and split (920), and the encoding is repeatedly performed on the depth 2 and the coding units 930 of the partition type having the size N_0xN_0.
  • the depth 1 is changed to the depth 2 and divided (950), and repeatedly for the depth 2 and the coding units 960 of the size N_2xN_2.
  • the encoding may be performed to search for a minimum encoding error.
  • the split information for each depth may be set until the depth d-1, and the split information may be set up to the depth d-2. That is, when encoding is performed from the depth d-2 to the depth d-1 to the depth d-1, the prediction encoding of the coding unit 980 of the depth d-1 and the size 2N_ (d-1) x2N_ (d-1)
  • the prediction unit for 990 is a partition type 992 of size 2N_ (d-1) x2N_ (d-1), partition type 994 of size 2N_ (d-1) xN_ (d-1), size A partition type 996 of N_ (d-1) x2N_ (d-1) and a partition type 998 of size N_ (d-1) xN_ (d-1) may be included.
  • one partition 2N_ (d-1) x2N_ (d-1), two partitions 2N_ (d-1) xN_ (d-1), two sizes N_ (d-1) x2N_ Prediction encoding is repeatedly performed for each partition of (d-1) and four partitions of size N_ (d-1) xN_ (d-1), so that a partition type having a minimum encoding error may be searched. .
  • the coding unit CU_ (d-1) of the depth d-1 is no longer
  • the encoding depth of the current maximum coding unit 900 may be determined as the depth d-1, and the partition type may be determined as N_ (d-1) xN_ (d-1) without going through a division process into lower depths.
  • split information is not set for the coding unit 952 having the depth d-1.
  • the data unit 999 may be referred to as a 'minimum unit' for the current maximum coding unit.
  • the minimum unit may be a square data unit having a size obtained by dividing the minimum coding unit, which is the lowest coding depth, into four divisions.
  • the video encoding apparatus 100 compares the encoding errors for each depth of the coding unit 900, selects a depth at which the smallest encoding error occurs, and determines a coding depth.
  • the partition type and the prediction mode may be set to the encoding mode of the coded depth.
  • the depth with the smallest error can be determined by comparing the minimum coding errors for all depths of depths 0, 1, ..., d-1, d, and can be determined as the coding depth.
  • the coded depth, the partition type of the prediction unit, and the prediction mode may be encoded and transmitted as information about an encoding mode.
  • the coding unit since the coding unit must be split from the depth 0 to the coded depth, only the split information of the coded depth is set to '0', and the split information for each depth except the coded depth should be set to '1'.
  • the image data and encoding information extractor 220 of the video decoding apparatus 200 may extract information about a coding depth and a prediction unit for the coding unit 900 and use the same to decode the coding unit 912. Can be.
  • the video decoding apparatus 200 may identify a depth having split information of '0' as a coding depth using split information for each depth, and may use the decoding depth by using information about an encoding mode for a corresponding depth. have.
  • 10, 11, and 12 illustrate a relationship between a coding unit, a prediction unit, and a frequency transformation unit, according to an embodiment of the present invention.
  • the coding units 1010 are coding units according to coding depths determined by the video encoding apparatus 100 according to an embodiment with respect to the maximum coding unit.
  • the prediction unit 1060 is partitions of prediction units of each coding depth of each coding depth among the coding units 1010, and the transformation unit 1070 is transformation units of each coding depth for each coding depth.
  • the depth-based coding units 1010 have a depth of 0
  • the coding units 1012 and 1054 have a depth of 1
  • the coding units 1014, 1016, 1018, 1028, 1050, and 1052 have depths.
  • coding units 1020, 1022, 1024, 1026, 1030, 1032, and 1048 have a depth of three
  • coding units 1040, 1042, 1044, and 1046 have a depth of four.
  • partitions 1014, 1016, 1022, 1032, 1048, 1050, 1052, and 1054 of the prediction units 1060 are obtained by splitting coding units. That is, partitions 1014, 1022, 1050, and 1054 are partition types of 2NxN, partitions 1016, 1048, and 1052 are partition types of Nx2N, and partitions 1032 are partition types of NxN. Prediction units and partitions of the coding units 1010 according to depths are smaller than or equal to each coding unit.
  • the image data of the part 1052 of the transformation units 1070 may be frequency transformed or inversely transformed in a data unit having a smaller size than the coding unit.
  • the transformation units 1014, 1016, 1022, 1032, 1048, 1050, 1052, and 1054 are data units having different sizes or shapes when compared to corresponding prediction units and partitions among the prediction units 1060. That is, the video encoding apparatus 100 according to an embodiment and the video decoding apparatus 200 according to the embodiment may be an intra prediction / motion estimation / motion compensation operation and a frequency transform / inverse transform operation for the same coding unit. Each can be performed based on separate data units.
  • encoding is performed recursively for each coding unit having a hierarchical structure for each largest coding unit, and thus, an optimal coding unit is determined.
  • coding units having a recursive tree structure may be configured.
  • Partition information, partition type information, prediction mode information, and transformation unit size information about a unit may be included. Table 1 below shows an example that can be set in the video encoding apparatus 100 and the video decoding apparatus 200 according to an embodiment.
  • the output unit 130 of the video encoding apparatus 100 outputs encoding information about coding units having a tree structure
  • the encoding information extraction unit of the video decoding apparatus 200 according to an embodiment 220 may extract encoding information about coding units having a tree structure from the received bitstream.
  • the split information indicates whether the current coding unit is split into coding units of a lower depth. If the split information of the current depth d is 0, partition type information, prediction mode, and transform unit size information are defined for the coded depth because the depth in which the current coding unit is no longer divided into the lower coding units is a coded depth. Can be. If it is to be further split by the split information, encoding should be performed independently for each coding unit of the divided four lower depths.
  • the prediction mode may be represented by one of an intra mode, an inter mode, and a skip mode.
  • Intra mode and inter mode can be defined in all partition types, and skip mode can be defined only in partition type 2Nx2N.
  • the partition type information indicates the symmetric partition types 2Nx2N, 2NxN, Nx2N, and NxN, in which the height or width of the prediction unit is divided by the symmetric ratio, and the asymmetric partition types 2NxnU, 2NxnD, nLx2N, nRx2N, which are divided by the asymmetric ratio.
  • the asymmetric partition types 2NxnU and 2NxnD are divided into heights 1: 3 and 3: 1, respectively, and the asymmetric partition types nLx2N and nRx2N are divided into 1: 3 and 3: 1 widths, respectively.
  • the conversion unit size may be set to two kinds of sizes in the intra mode and two kinds of sizes in the inter mode. That is, if the transformation unit split information is 0, the size of the transformation unit is set to the size 2Nx2N of the current coding unit. If the transform unit split information is 1, a transform unit having a size obtained by dividing the current coding unit may be set. In addition, if the partition type for the current coding unit having a size of 2Nx2N is a symmetric partition type, the size of the transform unit may be set to NxN, and if the asymmetric partition type is N / 2xN / 2.
  • Encoding information of coding units having a tree structure may be allocated to at least one of a coding unit, a prediction unit, and a minimum unit unit of a coding depth.
  • the coding unit of the coding depth may include at least one prediction unit and at least one minimum unit having the same encoding information.
  • the encoding information held by each adjacent data unit is checked, it may be determined whether the adjacent data units are included in the coding unit having the same coding depth.
  • the coding unit of the corresponding coding depth may be identified by using the encoding information held by the data unit, the distribution of the coded depths within the maximum coding unit may be inferred.
  • the encoding information of the data unit in the depth-specific coding unit adjacent to the current coding unit may be directly referred to and used.
  • the prediction coding when the prediction coding is performed by referring to the neighboring coding unit, the data adjacent to the current coding unit in the coding unit according to depths is encoded by using the encoding information of the adjacent coding units according to depths.
  • the neighboring coding unit may be referred to by searching.
  • FIG. 13 illustrates a relationship between a coding unit, a prediction unit, and a transformation unit, according to encoding mode information of Table 1.
  • the maximum coding unit 1300 includes coding units 1302, 1304, 1306, 1312, 1314, 1316, and 1318 of a coded depth. Since one coding unit 1318 is a coding unit of a coded depth, split information may be set to zero.
  • the partition type information of the coding unit 1318 having a size of 2Nx2N is partition type 2Nx2N 1322, 2NxN 1324, Nx2N 1326, NxN 1328, 2NxnU 1332, 2NxnD 1334, nLx2N (1336). And nRx2N 1338.
  • partition type information is set to one of symmetric partition types 2Nx2N (1322), 2NxN (1324), Nx2N (1326), and NxN (1328)
  • the conversion unit of size 2Nx2N when the conversion unit partition information (TU size flag) is 0 1134 is set, and if the transform unit split information is 1, a transform unit 1344 of size NxN may be set.
  • the partition type information is set to one of the asymmetric partition types 2NxnU (1332), 2NxnD (1334), nLx2N (1336), and nRx2N (1338), if the conversion unit partition information (TU size flag) is 0, a conversion unit of size 2Nx2N ( 1352 is set, and if the transform unit split information is 1, a transform unit 1354 of size N / 2 ⁇ N / 2 may be set.
  • the motion compensation process performed by the motion compensator 425 of the image encoding apparatus 100 and the motion compensator 560 of the image decoding apparatus 200 of FIG. 5 according to an embodiment of the present invention. It demonstrates concretely.
  • the above-described prediction unit will be referred to as a block.
  • the conventional motion prediction and compensation method uses a block matching algorithm that selects a region most similar to the currently encoded macroblock in a reference frame using a rectangular block of a constant size, for example, a 16x16 macroblock, and generates a prediction value.
  • the conventional bidirectional motion prediction and compensation scheme searches for an area most similar to the current block encoded in the previous frame P0 and the next frame P1, and corresponds to a pixel of the area searched in the previous frame P0 and the area searched in the next frame P1.
  • the predicted value of the current block is generated by using the mean value of.
  • This conventional block-based motion prediction and compensation method can detect motion relatively accurately in most video sequences, but because it performs prediction and compensation based on the entire block, such a small moving part when there is a small moving part inside the block It is difficult to predict efficiently.
  • performing motion prediction and compensation on a pixel-by-pixel basis to predict small motions inside such a block is inefficient because it excessively increases the amount of bits required to encode motion vector information of each pixel.
  • the image encoding method according to an embodiment of the present invention additionally performs bidirectional motion compensation on a pixel basis based on a block-based bidirectional motion prediction and compensated result without a large increase in the amount of bits required for encoding motion information. Provides a way to do it.
  • FIG. 14 is a block diagram illustrating a configuration of a motion compensation unit according to an embodiment of the present invention.
  • the motion compensator 1400 of FIG. 14 corresponds to the motion compensator 425 of the image encoding apparatus 100 of FIG. 4.
  • the motion compensator 1400 includes a block motion compensator 1410, a pixel motion compensator 1420, and a prediction value generator 1430.
  • the block unit motion compensator 1410 performs block unit bidirectional motion compensation on the current block encoded using the bidirectional motion vectors determined by the motion estimator 420 of FIG. 4.
  • the pixel-by-pixel motion compensator 1420 additionally performs pixel-by-pixel motion compensation for each pixel of the current block that is bi-directionally motion-compensated in units of blocks by using pixels of the reference pictures indicated by the bidirectional motion vectors.
  • the prediction value generator 1430 generates a final bidirectional motion prediction value for the current block by using the blockwise bidirectional motion compensation result and the pixelwise motion compensation result.
  • a block bidirectional motion prediction and compensation process and a pixel bidirectional motion compensation process according to an embodiment of the present invention will be described in detail.
  • 15 is a reference diagram for explaining a block-based bidirectional motion prediction and compensation process according to an embodiment of the present invention.
  • the motion estimation unit 420 may detect a region that is most similar to the current block 1501 of the current picture 1500 encoded in the first reference picture 1510 and the second reference picture 1520. Perform bidirectional motion prediction to retrieve.
  • the first reference picture 1510 is a picture before the current picture 1500 and the second reference picture 1520 is a picture after the current picture 1500.
  • the motion estimator 420 may match the current block 1501 in the first corresponding region 1512 and the second reference picture 1520 that are most similar to the current block 1501 in the first reference picture 1510.
  • the second most similar area 1522 is determined.
  • the motion estimator 420 may generate the first motion vector MV1 based on a position difference between the block 1511 and the first corresponding region 1512 at the same position as the current block 1501 of the first reference picture 1510. ), And determines the second motion vector MV2 based on the position difference between the block 1521 and the second corresponding region 1522 at the same position as the current block 1501 of the second reference picture 1520. .
  • the block unit motion compensator 1410 performs block unit bidirectional motion compensation for the current block 1501 using the first motion vector MV1 and the second motion vector MV2.
  • the pixel value of the first reference picture 1510 located at (i, j) (i, j is an integer) may be set to the value of the second reference picture 1520 located at P0 (i, j) and (i, j).
  • the block unit motion compensator 1410 may have an average value or weight of pixels of the first and second corresponding regions 1512 and 1522 indicated by the first and second motion vectors MV1 and MV2. Block-based motion compensation is performed on the current block 1501 using the sum.
  • the pixel-by-pixel motion compensator 1420 performs pixel-by-pixel motion compensation for the current block 1501 based on an optical flow of pixels of the first reference picture 1510 and the second reference picture 1520. .
  • Optical flow refers to a pattern of apprarent motion of objects, surfaces, caused by relative movement between an observer (eye or camera) and a scene.
  • the optical flow can be represented by calculating the motion between the frames obtained at any time t and t + ⁇ t.
  • the pixel value located at (x, y) of the t time frame is defined as I (x, y, t).
  • I (x, y, t) is a value that changes in time and space.
  • Equation 1 The derivative of I (x, y, t) with respect to time t is given by Equation 1 below.
  • Equation 1 Equation 2
  • the magnitude of the displacement vector Vx in the x-axis direction and the displacement vector Vy in the y-axis direction is preferably smaller than the pixel accuracy used for bidirectional motion prediction.
  • the magnitudes of Vx and Vy are preferably smaller than 1/4.
  • the pixel-by-pixel motion compensator 1420 calculates the displacement vector Vx in the x-axis direction and the displacement vector Vy in the y-axis direction according to Equation 2, and uses the displacement vectors Vx and Vy. Perform motion compensation on a pixel-by-pixel basis.
  • Equation 2 since the pixel value I (x, y, t) is the value of the original signal, using the original signal as it may cause a lot of overhead in encoding. Accordingly, the pixel-by-pixel motion compensator 1420 calculates displacement vectors Vx and Vy according to Equation 2 using pixels of the first reference picture and the second reference picture determined as a result of the bidirectional motion prediction on a block-by-block basis.
  • 16 is a reference diagram for explaining a process of performing pixel-by-pixel motion compensation according to an embodiment of the present invention.
  • the first correspondence area 1610 and the second correspondence area 1620 correspond to the first correspondence area 1512 and the second correspondence area 1522 of FIG. 15, and overlap the current block 1600. It is assumed that the shift is performed using the bidirectional motion vectors MV1 and MV2.
  • the pixel at the position (i, j) (i, j is an integer) predicted bidirectionally in the current block 1600 is P (i, j), and the pixel P (i, j) predicted bidirectionally at the current block 1600 is shown.
  • the pixel value of the pixel is defined as P1 (i, j).
  • the pixel value P0 (i, j) of the first corresponding pixel is a pixel corresponding to pixel P (i, j) of the current block 1600 determined by the bidirectional motion vector MV1 indicating the first reference picture
  • the pixel value P1 (i, j) of the two corresponding pixels is a pixel corresponding to the pixel P (i, j) of the current block 1600 determined by the bidirectional motion vector MV2 indicating the second reference picture.
  • the horizontal gradient value GradX0 (i, j) of the first corresponding pixel is GradX0 (i, j)
  • the horizontal gradient value of the second corresponding pixel is GradX1 (i, j).
  • the vertical gradient value is defined as GradY1 (i, j).
  • the temporal distance between the current picture to which the current block 1600 belongs and the first reference picture to which the first corresponding region 1610 belongs is d0, and the current picture and the second reference picture to which the second corresponding region 1620 belongs. The temporal distance is defined as d1.
  • Equation 3 can be approximated by the amount of change over time of the pixel value P0 (i, j) of the first corresponding pixel and the pixel value P1 (i, j) of the second corresponding pixel.
  • Equation 2 may be arranged as Equation 6 below.
  • Equation 6 since the displacement vector Vx in the x-axis direction and the displacement vector Vy in the y-axis direction can be changed according to the position of the current pixel P (i, j), that is, it is dependent on (i, j), so Vx ( i, j), Vy (i, j).
  • the pixel of the first corresponding region 1610 of the first reference picture that is most similar to the current pixel P (i, j), which is bi-directional motion compensated on a pixel-by-pixel basis, may be formed. It is assumed that the first corresponding pixel P0 (i, j) is not the first corresponding pixel P0 (i, j) but the first displacement-corresponding pixel PA which is moved by the predetermined displacement vector Vd.
  • the pixel most similar to the current pixel P (i, j) in the second corresponding region 1620 of the second reference picture is the second corresponding pixel P1 (i, j).
  • the pixel-by-pixel motion compensator 1420 calculates the displacement vector Vx in the x-axis direction and the displacement vector Vy in the y-axis direction constituting the displacement vector Vd, and uses the block unit. As a result, the two-way motion compensated value is again compensated for by the pixel unit.
  • the values of the first displacement-corresponding pixel PA and the second displacement-corresponding pixel PB include the displacement vector Vx in the x-axis direction, the displacement vector Vy in the y-axis direction, the horizontal gradient value GradX0 (i, j) of the first corresponding pixel, Using the vertical gradient value GradY0 (i, j), the horizontal gradient value GradX1 (i, j) and the vertical gradient value GradY1 (i, j) as shown in Equations 7 and 8 Can be.
  • Equation 6 When Equation 6 is compared with Equation 9, Equation 6 means that ⁇ ij is 0, that is, the values of the first displacement-corresponding pixel PA and the second displacement-corresponding pixel PB are the same.
  • the pixel-based motion compensator 1420 performs motion compensation on a pixel-by-pixel basis using an average value or weighted sum of the values of the first displacement-corresponding pixel PA and the second displacement-corresponding pixel PB in Equations 7 and 8,
  • the displacement vector Vx in the x-axis direction, the displacement vector Vy in the y-axis direction, the horizontal gradient value GradX0 (i, j) of the first corresponding pixel, and the vertical gradient value GradY0 (i, j) The horizontal gradient value GradX1 (i, j) and the vertical gradient value GradY1 (i, j) of the second corresponding pixel should be determined.
  • the inclination value of each corresponding pixel is determined by calculating an amount of change of the pixel value at the fractional pixel position in the horizontal and vertical directions of the first corresponding pixel and the second corresponding pixel, or calculated using a predetermined filter. Can be.
  • the pixel-by-pixel motion compensator 1420 is configured to minimize ⁇ ij in a window ⁇ ij 1602 having a predetermined size including pixels around the current pixel P (i, j) that is bidirectionally motion-compensated.
  • the displacement vector Vx in the axial direction and the displacement vector Vy in the y-axis direction are determined.
  • the case where? Ij is 0 is most preferable, but there are no displacement vectors Vx in the x-axis direction and a displacement vector Vy in the y-axis direction that satisfy the case where? Ij is 0 for all pixels in the window ⁇ ij 1602. Since it may not, the displacement vector Vx in the x-axis direction and the displacement vector Vy in the y-axis direction are determined so that ⁇ ij is minimized.
  • 20 is a reference diagram for explaining a process of determining a horizontal displacement vector and a vertical displacement vector according to an embodiment of the present invention.
  • a window ⁇ ij 2000 having a predetermined size is represented by (2M + 1) * (2N + 1) (M, N being centered on the bi-predicted pixel P (i, j) of the current block. Integer).
  • P (i ', j') (iM ⁇ i' ⁇ i + M and (i ', j') j ⁇ ij when jM ⁇ j' ⁇ j + M)
  • the pixel value of the first corresponding pixel of the first reference picture 2010 corresponding to the bidirectionally predicted pixel P (i ', j') of the current block is P0 (i ', j') and the bidirectionally predicted pixel of the current block.
  • P1 (i ', j') as the pixel value of the second corresponding pixel of the second reference picture 2020 corresponding to P (i ', j')
  • the first displacement-corresponding pixel PA ' is represented by the following equation; P0 (i ', j') + Vx * GradX0 (i ', j') + Vy * GradY0 (i ', j'), and the second displacement-corresponding pixel PB 'is represented by the following equation; P1 (i ', j')-Vx * GradX1 (i ', j')-Vy * GradY1 (i ', j').
  • the displacement vector Vx in the x-axis direction and the displacement vector Vy in the y-axis direction such that the difference value DELTA i'j 'between the first displacement-corresponding pixel PA' and the second displacement-corresponding pixel PB 'are minimized are represented by the following equation (10). As can be determined using the local maximum or local value of ⁇ (Vx, Vy) that is the sum of squares of the difference value ⁇ i'j '.
  • ⁇ (Vx, Vy) is a function that takes Vx and Vy as parameters, and the maximum or minimum value is 0 by partial derivative of ⁇ (Vx, Vy) with respect to Vx and Vy, as shown in Equations 11 and 12 below. Can be determined by calculation.
  • Equation 13 two linear equations having Vx (i, j) and Vy (i, j) as variables can be obtained as shown in Equation 13 below.
  • Equation 13 s1 to s6 are equal to the following Equation 14.
  • det1 s3 * s5-s2 * s6
  • det2 s1 * s6-s3 * s4
  • det s1 * s5-s2 * s4.
  • the prediction value generator 1430 generates a bidirectional motion prediction value by adding a blockwise bidirectional motion compensation value and a pixelwise motion compensation value.
  • the bi-directional motion prediction value for the pixel at position (i, j) of the current block is P_OpticalFlow (i, j), the first corresponding pixel of the first reference picture corresponding to the pixel at position (i, j) of the current block.
  • the pixel value of P0 (i, j), and the pixel value of the first corresponding pixel of the first reference picture corresponding to the pixel at position (i, j) of the current block, the pixel value of P0 (i, j), of the first reference picture The second correspondence of the second reference picture corresponding to the pixel at the position (i, j) of the current block as the horizontal gradient value of the first corresponding pixel as GradX0 (i, j), the vertical gradient value as GradY0 (i, j)
  • the pixel value of the pixel is P1 (i, j)
  • the horizontal gradient value of the second corresponding pixel of the second reference picture is GradX1 (i, j)
  • the vertical gradient value is GradY1 (i, j)
  • the prediction value generator 1430 When Vx and the vertical displacement vector are Vy, the prediction value generator 1430 generates a bidirectional motion prediction value as shown in Equation 15 below.
  • Equation 15 (P0 (i, j) + P1 (i, j)) / 2 corresponds to block-wise bidirectional motion compensation value, and (Vx * (GradX0 (i, j) -GradX1 (i, j)) + Vy * (GradY0 (i, j) -GradY1 (i, j)) / 2 corresponds to the pixel-by-pixel motion compensation value calculated according to one embodiment of the present invention.
  • Equation 15 may be changed by Equation 16 by multiplying a pixel-based motion compensation value by a predetermined weight ⁇ .
  • Equation 13 is calculated assuming that the temporal distance d0 between the current picture and the first reference picture and the temporal distance d1 between the current picture and the second reference picture are both 1. If d0 and d1 are not 1, the magnitude of the displacement vector Vd should be scaled in inverse proportion to d0 and d1. That is, the displacement vector of the first reference picture pointing to the first displacement corresponding pixel in the first corresponding pixel is (Vx0, Vy0), and the displacement vector of the second reference picture pointing to the second displacement corresponding pixel in the second corresponding pixel is referred to as (Vx1).
  • Vx and Vy can be calculated by calculating partial and partial values of the function ⁇ (Vx, Vy) with respect to Vx and Vy.
  • Vx (i, j) det1 / det
  • Vy (i, j) det2 / det
  • det1 s3 * s5-s2 * s6
  • det2 s1 * s6-s3 * s4
  • det s1 * s5-s2 * s4.
  • the values of s1 to s6 are as shown in Equation 17 below.
  • Equation 16 is changed to the following Equation 18, and the prediction value generator 1430 generates a bidirectional motion compensation value according to Equation 18.
  • Equation 2 is based on the assumption that the change of the pixel value with time is 0, but the pixel value may change with time. If the change of the pixel value according to time is q, Equation 2 is changed to Equation 19 below.
  • Equation 20 q denotes an average of the difference between pixel values of the first corresponding area and the second corresponding area, and may be calculated by Equation 20 below.
  • Hor_block_size means the horizontal size of the current block
  • ver_block_size means the vertical size of the current block.
  • the values of s1 to s6 are as shown in Equation 21 below.
  • the prediction value generator 1430 may generate a bidirectional motion compensation value according to Equation 18 described above.
  • the horizontal and vertical gradient values may be calculated by calculating a change amount of the pixel value at the fractional pixel position in the horizontal and vertical directions of the first and second corresponding pixels or by using a predetermined filter. have.
  • the horizontal gradient value GradX0 (i, j) and the vertical gradient value GradY0 (i, j) of the first corresponding pixel P0 (i, j) 1710 of the first reference picture are the first corresponding pixel P0. It can be calculated by obtaining the change amount of the pixel value at the adjacent fractional pixel position horizontally adjacent to (i, j) 1710 and the change amount of the pixel value at the peripheral fraction pixel position adjacent in the vertical direction.
  • the fractional pixels P0 (ih, j) 1760 and the fractional pixels P0 (i + h) are spaced apart from P0 (i, j) by h (h is a fractional value less than 1) in the horizontal direction.
  • Calculate the horizontal gradient value GradX0 (i, j) by calculating the amount of change in the pixel value of (j) (1770), and fractional pixels P0 (i, jh) 1780 and fractional pixels P0 (i separated by h in the vertical direction.
  • j + h) 1790 may calculate the amount of change in the pixel value to calculate the vertical gradient value GradY0 (i, j).
  • fractional pixels P0 (ih, j) 1760, P0 (i + h, j) 1770, P0 (i, jh) 1780, and P0 (i, j + h) 1790 are typically interpolated. Can be calculated using the method. In addition, the inclination value of the second corresponding pixel of the other second reference picture may also be calculated similarly to Equation 22.
  • the gradient value at each corresponding pixel may be calculated using a predetermined filter.
  • FIG. 18 is a reference diagram for explaining a process of calculating horizontal and vertical gradient values according to another embodiment of the present invention
  • FIG. 19 is a table illustrating filter coefficients of a gradient value calculation filter according to another embodiment of the present invention. to be.
  • the gradient value may be determined by applying a predetermined filter to the pixels of the reference picture.
  • a predetermined filter is applied to M pixels 1820 to the left and M pixels 1810 to the right with respect to the corresponding pixel P0 1800 for which the current horizontal gradient value is to be obtained.
  • a horizontal gradient value of 1800 may be calculated.
  • the filter coefficients used may be determined according to an ⁇ value representing the interpolation position between the M value and the integer pixel used to determine the window size as shown in FIG. 19.
  • the vertical gradient value can also be calculated by applying the filter coefficients shown in FIG. 19 to the surrounding pixels according to the window size 2N and the interpolation position. In this case, 2M of FIG. 19 may be replaced with 2N.
  • 21 is a flowchart illustrating a video encoding method according to an embodiment of the present invention.
  • the motion estimation unit 420 may include a first motion vector and a second motion region indicating a first corresponding region and a second corresponding region that are most similar to the current block in the first reference picture and the second reference picture. Bidirectional motion prediction is performed to determine a motion vector.
  • the block-based motion compensation unit 1410 performs block-by-block bidirectional motion compensation on the current block by using the first motion vector and the second motion vector.
  • the pixel-by-pixel motion compensator 1420 performs pixel-by-pixel motion compensation on each pixel of the current block by using pixels of the first reference picture and the second reference picture.
  • the pixel-by-pixel motion compensator 1420 includes horizontal and vertical gradient values of the first corresponding pixel of the first reference picture corresponding to each pixel of the current block, and a second reference corresponding to each pixel of the current block.
  • the pixel unit of each pixel of the current block using a horizontal displacement vector and a vertical displacement vector determined using the horizontal and vertical gradient values of the second corresponding pixel of the picture and the pixels of the first and second reference pictures.
  • the motion compensation value can be generated.
  • the prediction value generator 1430 generates a bidirectional motion prediction value for the current block by adding the blockwise bidirectional motion compensation result and the pixelwise motion compensation result.
  • the residual signal which is the difference between the bidirectional motion prediction value predicted by the prediction value generator 1430 and the original input signal, is then encoded in a bitstream form through transformation, quantization, and entropy encoding.
  • FIG. 22 is a block diagram showing a configuration of a motion compensation unit included in a decoding apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • the motion compensator 2200 of FIG. 22 corresponds to the motion compensator 560 of FIG. 5.
  • the motion compensator 2200 includes a block motion compensator 2210, a pixel motion compensator 2220, and a prediction value generator 2230.
  • the aforementioned entropy decoder 520 of FIG. 5 extracts motion prediction mode information on the current block to be decoded from the bitstream, and when the extracted motion prediction mode is a bidirectional prediction motion mode using a pixel-by-pixel motion compensation value, Information about a first motion vector and a second motion vector indicating a first corresponding region and a second corresponding region most similar to the current block in the first reference picture and the second reference picture is extracted from the stream.
  • the block unit motion compensation unit 2210 performs block unit bidirectional motion compensation on the current block to be decoded using the bidirectional motion vectors extracted by the entropy decoder 520 of FIG. 5.
  • the block unit motion compensation unit 2210 operates in the same manner as the block unit motion compensation unit 1410 of FIG. 14 except for using a bidirectional motion vector extracted from the bitstream, and thus a detailed description thereof will be omitted.
  • the pixel-by-pixel motion compensator 2220 additionally performs pixel-by-pixel motion compensation for each pixel of the current block that is bi-directionally motion-compensated on a block-by-block basis using pixels of reference pictures indicated by bidirectional motion vectors extracted from the bitstream. .
  • the pixel-by-pixel motion compensator 2220 operates in the same manner as the pixel-by-pixel motion compensator 1420 of FIG. 14, and thus a detailed description thereof will be omitted.
  • the prediction value generator 2230 generates a final bidirectional motion prediction value for the current block by using the blockwise bidirectional motion compensation result and the pixelwise motion compensation result.
  • FIG. 23 is a flowchart illustrating a video decoding method according to an embodiment of the present invention.
  • the entropy decoder 520 extracts motion prediction mode information about a current block to be decoded from a bitstream.
  • the entropy decoder 520 additionally includes a current block in the first reference picture and the second reference picture from the bitstream. Information about a first motion vector and a second motion vector indicating a first corresponding area and a second corresponding area that is most similar to is extracted.
  • the block unit motion compensation unit 2210 performs block unit bidirectional motion compensation on the current block by using the first motion vector and the second motion vector.
  • the pixel-by-pixel motion compensator 2220 performs pixel-by-pixel motion compensation on each pixel of the current block by using pixels of the first reference picture and the second reference picture.
  • the pixel-by-pixel motion compensator 2220 includes horizontal and vertical gradient values of the first corresponding pixel of the first reference picture corresponding to each pixel of the current block, and a second reference corresponding to each pixel of the current block.
  • the pixel unit of each pixel of the current block using a horizontal displacement vector and a vertical displacement vector determined using the horizontal and vertical gradient values of the second corresponding pixel of the picture and the pixels of the first and second reference pictures.
  • the motion compensation value can be generated.
  • the prediction value generator 2230 generates a bidirectional motion prediction value for the current block by adding the blockwise bidirectional motion compensation result and the pixelwise motion compensation result.
  • the bidirectional motion prediction value for the current block is added to the residual value of the current block extracted from the bitstream and decoded to restore the current block.
  • the invention can also be embodied as computer readable code on a computer readable recording medium.
  • the computer-readable recording medium includes all kinds of recording devices in which data that can be read by a computer system is stored. Examples of computer-readable recording media include ROM, RAM, CD-ROM, magnetic tape, floppy disk, optical data storage device, and the like.
  • the computer readable recording medium can also be distributed over network coupled computer systems so that the computer readable code is stored and executed in a distributed fashion.

Landscapes

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  • Multimedia (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
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Abstract

픽셀 단위 양방향 움직임 보상을 이용한 비디오 부호화 방법 및 장치, 복호화 방법 및 장치가 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 비디오 부호화 방법은 현재 블록에 대한 블록 단위 양방향 움직임 보상에 부가하여, 양방향 움직임 예측 및 보상에 이용된 제 1 참조 픽처 및 제 2 참조 픽처의 픽셀들을 이용하여 현재 블록의 각 픽셀에 대한 픽셀 단위 움직임 보상을 수행하며, 블록 단위 양방향 움직임 보상 결과와 픽셀 단위 움직임 보상 결과를 이용하여 현재 블록에 대한 양방향 움직임 예측값을 생성하는 것을 특징으로 한다.

Description

비디오 부호화 방법 및 장치, 비디오 복호화 방법 및 장치
본 발명은 비디오의 부호화 및 복호화에 관한 것이다. 보다 구체적으로는 비디오를 보다 정밀하게 양방향 움직임 예측 및 보상하는 과정에 관한 것이다.
고해상도 또는 고화질 비디오 컨텐트를 재생, 저장할 수 있는 하드웨어의 개발 및 보급에 따라, 고해상도 또는 고화질 비디오 컨텐트를 효과적으로 부호화하거나 복호화하는 비디오 코덱의 필요성이 증대하고 있다. 기존의 비디오 코덱에 따르면, 비디오는 소정 크기의 매크로블록에 기반하여 제한된 부호화 방식에 따라 부호화되고 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 움직임 정보의 부호화에 요구되는 비트량의 큰 증가없이 픽셀 단위로 정밀한 양방향 움직임 예측 및 보상을 수행하는 영상의 부호화, 복호화 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예에 따르면, 블록 단위 움직임 보상 결과에 기초하여 참조 픽처의 픽셀들의 옵티컬 플로우에 기초하여 픽셀 단위 움직임 보상을 수행함으로써 움직임 보상 모드에 관한 정보의 부가적인 오버헤드 증가없이 보다 정밀한 움직임 예측 및 보상을 수행한다.
본 발명에 따르면 움직임 정보의 부호화에 요구되는 비트량의 큰 증가없이 픽셀 단위로 정밀한 양방향 움직임 예측 및 보상을 수행할 수 있다.
도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 비디오 부호화 장치의 블록도를 도시한다.
도 2 는 본 발명의 일 실시예에 따른 비디오 복호화 장치의 블록도를 도시한다.
도 3 은 본 발명의 일 실시예에 따른 부호화 단위의 개념을 도시한다.
도 4 는 본 발명의 일 실시예에 따른 부호화 단위에 기초한 영상 부호화부의 블록도를 도시한다.
도 5 는 본 발명의 일 실시예에 따른 부호화 단위에 기초한 영상 복호화부의 블록도를 도시한다.
도 6 는 본 발명의 일 실시예에 따른 심도별 부호화 단위 및 파티션을 도시한다.
도 7 은 본 발명의 일 실시예에 따른, 부호화 단위 및 변환 단위의 관계를 도시한다.
도 8 은 본 발명의 일 실시예에 따라, 심도별 부호화 정보들을 도시한다.
도 9 는 본 발명의 일 실시예에 따른 심도별 부호화 단위를 도시한다.
도 10, 11 및 12는 본 발명의 일 실시예에 따른, 부호화 단위, 예측 단위 및 주파수 변환 단위의 관계를 도시한다.
도 13 은 표 1의 부호화 모드 정보에 따른 부호화 단위, 예측 단위 및 변환 단위의 관계를 도시한다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 움직임 보상부의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 블록 기반 양방향 움직임 예측 및 보상 과정을 설명하기 위한 참조도이다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 픽셀 단위 움직임 보상을 수행하는 과정을 설명하기 위한 참조도이다.
도 17은 본 발명의 일 실시예에 따라서 수평 및 수직 방향 경사도값을 계산하는 과정을 설명하기 위한 참조도이다.
도 18은 본 발명의 다른 실시예에 따라서 수평 및 수직 방향 경사도값을 계산하는 과정을 설명하기 위한 참조도이다.
도 19는 본 발명의 다른 실시예에 따른 경사도값 계산 필터의 필터 계수를 나타낸 표이다.
도 20은 본 발명의 일 실시예에 따라서 수평 방향 변위 벡터 및 수직 방향 변이 벡터를 결정하는 과정을 설명하기 위한 참조도이다.
도 21은 본 발명의 일 실시예에 따른 비디오 부호화 방법을 나타낸 플로우 차트이다.
도 22는 본 발명의 일 실시예에 따른 복호화 장치에 포함된 움직임 보상부의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 23은 본 발명의 일 실시예에 따른 비디오 복호화 방법을 나타낸 플로우 차트이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 비디오의 부호화 방법은 제 1 참조 픽처 및 제 2 참조 픽처에서 현재 블록과 가장 유사한 제 1 대응 영역 및 제 2 대응 영역을 가리키는 제 1 움직임 벡터 및 제 2 움직임 벡터를 결정하는 양방향 움직임 예측을 수행하는 단계; 상기 제 1 움직임 벡터 및 제 2 움직임 벡터를 이용하여 상기 현재 블록에 대한 블록 단위 양방향 움직임 보상을 수행하는 단계; 상기 제 1 참조 픽처 및 제 2 참조 픽처의 픽셀들을 이용하여 상기 현재 블록의 각 픽셀에 대한 픽셀 단위 움직임 보상을 수행하는 단계; 및 상기 블록 단위 양방향 움직임 보상 결과와 상기 픽셀 단위 움직임 보상 결과를 이용하여 상기 현재 블록에 대한 양방향 움직임 예측값을 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 비디오의 복호화 방법은 비트스트림으로부터 복호화되는 현재 블록에 대한 움직임 예측 모드 정보를 추출하는 단계; 상기 추출된 움직임 예측 모드가 픽셀 단위 움직임 보상값을 이용한 양방향 예측 움직임 모드인 경우, 상기 비트스트림으로부터 제 1 참조 픽처 및 제 2 참조 픽처에서 현재 블록과 가장 유사한 제 1 대응 영역 및 제 2 대응 영역을 가리키는 제 1 움직임 벡터 및 제 2 움직임 벡터에 관한 정보를 추출하는 단계; 상기 제 1 움직임 벡터 및 제 2 움직임 벡터를 이용하여 상기 현재 블록에 대한 블록 단위 양방향 움직임 보상을 수행하는 단계; 상기 제 1 참조 픽처 및 제 2 참조 픽처의 픽셀들을 이용하여 상기 현재 블록의 각 픽셀에 대한 픽셀 단위 움직임 보상을 수행하는 단계; 및 상기 블록 단위 양방향 움직임 보상 결과와 상기 픽셀 단위 움직임 보상 결과를 이용하여 상기 현재 블록에 대한 양방향 움직임 예측값을 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 비디오의 부호화 장치는 제 1 참조 픽처 및 제 2 참조 픽처에서 현재 블록과 가장 유사한 제 1 대응 영역 및 제 2 대응 영역을 가리키는 제 1 움직임 벡터 및 제 2 움직임 벡터를 결정하는 양방향 움직임 예측을 수행하는 움직임 예측부; 상기 제 1 움직임 벡터 및 제 2 움직임 벡터를 이용하여 상기 현재 블록에 대한 블록 단위 양방향 움직임 보상을 수행하는 블록 단위 움직임 보상부; 상기 제 1 참조 픽처 및 제 2 참조 픽처의 픽셀들을 이용하여 상기 현재 블록의 각 픽셀에 대한 픽셀 단위 움직임 보상을 수행하는 픽셀 단위 움직임 보상부; 및 상기 블록 단위 양방향 움직임 보상 결과와 상기 픽셀 단위 움직임 보상 결과를 이용하여 상기 현재 블록에 대한 양방향 움직임 예측값을 생성하는 예측값 생성부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 비디오의 복호화 장치는 비트스트림으로부터 복호화되는 현재 블록에 대한 움직임 예측 모드 정보를 추출하고, 상기 추출된 움직임 예측 모드가 픽셀 단위 움직임 보상값을 이용한 양방향 예측 움직임 모드인 경우, 상기 비트스트림으로부터 제 1 참조 픽처 및 제 2 참조 픽처에서 현재 블록과 가장 유사한 제 1 대응 영역 및 제 2 대응 영역을 가리키는 제 1 움직임 벡터 및 제 2 움직임 벡터에 관한 정보를 추출하는 엔트로피 복호화부; 상기 제 1 움직임 벡터 및 제 2 움직임 벡터를 이용하여 상기 현재 블록에 대한 블록 단위 양방향 움직임 보상을 수행하는 블록 단위 움직임 보상부; 상기 제 1 참조 픽처 및 제 2 참조 픽처의 픽셀들을 이용하여 상기 현재 블록의 각 픽셀에 대한 픽셀 단위 움직임 보상을 수행하는 픽셀 단위 움직임 보상부; 및 상기 블록 단위 양방향 움직임 보상 결과와 상기 픽셀 단위 움직임 보상 결과를 이용하여 상기 현재 블록에 대한 양방향 움직임 예측값을 생성하는 예측값 생성부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 구체적으로 설명한다.
도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 비디오 부호화 장치의 블록도를 도시한다.
일 실시예에 따른 비디오 부호화 장치(100)는 최대 부호화 단위 분할부(110), 부호화 단위 결정부(120) 및 출력부(130)를 포함한다.
최대 부호화 단위 분할부(110)는 영상의 현재 픽처를 위한 최대 크기의 부호화 단위인 최대 부호화 단위에 기반하여 현재 픽처를 구획할 수 있다. 현재 픽처가 최대 부호화 단위보다 크다면, 현재 픽처의 영상 데이터는 적어도 하나의 최대 부호화 단위로 분할될 수 있다. 일 실시예에 따른 최대 부호화 단위는 크기 32x32, 64x64, 128x128, 256x256 등의 데이터 단위로, 가로 및 세로 크기가 8보다 큰 2의 제곱승인 정사각형의 데이터 단위일 수 있다. 영상 데이터는 적어도 하나의 최대 부호화 단위별로 부호화 단위 결정부(120)로 출력될 수 있다.
일 실시예에 따른 부호화 단위는 최대 크기 및 심도로 특징지어질 수 있다. 심도란 최대 부호화 단위로부터 부호화 단위가 공간적으로 분할한 횟수를 나타내며, 심도가 깊어질수록 심도별 부호화 단위는 최대 부호화 단위로부터 최소 부호화 단위까지 분할될 수 있다. 최대 부호화 단위의 심도가 최상위 심도이며 최소 부호화 단위가 최하위 부호화 단위로 정의될 수 있다. 최대 부호화 단위는 심도가 깊어짐에 따라 심도별 부호화 단위의 크기는 감소하므로, 상위 심도의 부호화 단위는 복수 개의 하위 심도의 부호화 단위를 포함할 수 있다.
전술한 바와 같이 부호화 단위의 최대 크기에 따라, 현재 픽처의 영상 데이터를 최대 부호화 단위로 분할하며, 각각의 최대 부호화 단위는 심도별로 분할되는 부호화 단위들을 포함할 수 있다. 일 실시예에 따른 최대 부호화 단위는 심도별로 분할되므로, 최대 부호화 단위에 포함된 공간 영역(spatial domain)의 영상 데이터가 심도에 따라 계층적으로 분류될 수 있다.
최대 부호화 단위의 높이 및 너비를 계층적으로 분할할 수 있는 총 횟수를 제한하는 최대 심도 및 부호화 단위의 최대 크기가 미리 설정되어 있을 수 있다.
부호화 단위 결정부(120)는, 심도마다 최대 부호화 단위의 영역이 분할된 적어도 하나의 분할 영역을 부호화하여, 적어도 하나의 분할 영역 별로 최종 부호화 결과가 출력될 심도를 결정한다. 즉 부호화 단위 결정부(120)는, 현재 픽처의 최대 부호화 단위마다 심도별 부호화 단위로 영상 데이터를 부호화하여 가장 작은 부호화 오차가 발생하는 심도를 선택하여 부호화 심도로 결정한다. 결정된 부호화 심도 및 최대 부호화 단위별 영상 데이터는 출력부(130)로 출력된다.
최대 부호화 단위 내의 영상 데이터는 최대 심도 이하의 적어도 하나의 심도에 따라 심도별 부호화 단위에 기반하여 부호화되고, 각각의 심도별 부호화 단위에 기반한 부호화 결과가 비교된다. 심도별 부호화 단위의 부호화 오차의 비교 결과 부호화 오차가 가장 작은 심도가 선택될 수 있다. 각각의 최대화 부호화 단위마다 적어도 하나의 부호화 심도가 결정될 수 있다.
최대 부호화 단위의 크기는 심도가 깊어짐에 따라 부호화 단위가 계층적으로 분할되어 분할되며 부호화 단위의 개수는 증가한다. 또한, 하나의 최대 부호화 단위에 포함되는 동일한 심도의 부호화 단위들이라 하더라도, 각각의 데이터에 대한 부호화 오차를 측정하고 하위 심도로의 분할 여부가 결정된다. 따라서, 하나의 최대 부호화 단위에 포함되는 데이터라 하더라도 위치에 따라 심도별 부호화 오차가 다르므로 위치에 따라 부호화 심도가 달리 결정될 수 있다. 따라서, 하나의 최대 부호화 단위에 대해 부호화 심도가 하나 이상 설정될 수 있으며, 최대 부호화 단위의 데이터는 하나 이상의 부호화 심도의 부호화 단위에 따라 구획될 수 있다.
따라서, 일 실시예에 따른 부호화 단위 결정부(120)는, 현재 최대 부호화 단위에 포함되는 트리 구조에 따른 부호화 단위들이 결정될 수 있다. 일 실시예에 따른 '트리 구조에 따른 부호화 단위들'은, 현재 최대 부호화 단위에 포함되는 모든 심도별 부호화 단위들 중, 부호화 심도로 결정된 심도의 부호화 단위들을 포함한다. 부호화 심도의 부호화 단위는, 최대 부호화 단위 내에서 동일 영역에서는 심도에 따라 계층적으로 결정되고, 다른 영역들에 대해서는 독립적으로 결정될 수 있다. 마찬가지로, 현재 영역에 대한 부호화 심도는, 다른 영역에 대한 부호화 심도와 독립적으로 결정될 수 있다.
일 실시예에 따른 최대 심도는 최대 부호화 단위로부터 최소 부호화 단위까지의 분할 횟수와 관련된 지표이다. 일 실시예에 따른 제 1 최대 심도는, 최대 부호화 단위로부터 최소 부호화 단위까지의 총 분할 횟수를 나타낼 수 있다. 일 실시예에 따른 제 2 최대 심도는 최대 부호화 단위로부터 최소 부호화 단위까지의 심도 레벨의 총 개수를 나타낼 수 있다. 예를 들어, 최대 부호화 단위의 심도가 0이라고 할 때, 최대 부호화 단위가 1회 분할된 부호화 단위의 심도는 1로 설정되고, 2회 분할된 부호화 단위의 심도가 2로 설정될 수 있다. 이 경우, 최대 부호화 단위로부터 4회 분할된 부호화 단위가 최소 부호화 단위라면, 심도 0, 1, 2, 3 및 4의 심도 레벨이 존재하므로 제 1 최대 심도는 4, 제 2 최대 심도는 5로 설정될 수 있다.
최대 부호화 단위의 예측 부호화 및 주파수 변환이 수행될 수 있다. 예측 부호화 및 주파수 변환도 마찬가지로, 최대 부호화 단위마다, 최대 심도 이하의 심도마다 심도별 부호화 단위를 기반으로 수행된다.
최대 부호화 단위가 심도별로 분할될 때마다 심도별 부호화 단위의 개수가 증가하므로, 심도가 깊어짐에 따라 생성되는 모든 심도별 부호화 단위에 대해 예측 부호화 및 주파수 변환을 포함한 부호화가 수행되어야 한다. 이하 설명의 편의를 위해 적어도 하나의 최대 부호화 단위 중 현재 심도의 부호화 단위를 기반으로 예측 부호화 및 주파수 변환을 설명하겠다.
일 실시예에 따른 비디오 부호화 장치(100)는, 영상 데이터의 부호화를 위한 데이터 단위의 크기 또는 형태를 다양하게 선택할 수 있다. 영상 데이터의 부호화를 위해서는 예측 부호화, 주파수 변환, 엔트로피 부호화 등의 단계를 거치는데, 모든 단계에 걸쳐서 동일한 데이터 단위가 사용될 수도 있으며, 단계별로 데이터 단위가 변경될 수도 있다.
예를 들어 비디오 부호화 장치(100)는, 영상 데이터의 부호화를 위한 부호화 단위 뿐만 아니라, 부호화 단위의 영상 데이터의 예측 부호화를 수행하기 위해, 부호화 단위와 다른 데이터 단위를 선택할 수 있다.
최대 부호화 단위의 예측 부호화를 위해서는, 일 실시예에 따른 부호화 심도의 부호화 단위, 즉 더 이상한 분할되지 않는 부호화 단위를 기반으로 예측 부호화가 수행될 수 있다. 이하, 예측 부호화의 기반이 되는 더 이상한 분할되지 않는 부호화 단위를 '예측 단위'라고 지칭한다. 예측 단위가 분할된 파티션은, 예측 단위 및 예측 단위의 높이 및 너비 중 적어도 하나가 분할된 데이터 단위를 포함할 수 있다.
예를 들어, 크기 2Nx2N(단, N은 양의 정수)의 부호화 단위가 더 이상 분할되지 않는 경우, 크기 2Nx2N의 예측 단위가 되며, 파티션의 크기는 2Nx2N, 2NxN, Nx2N, NxN 등일 수 있다. 일 실시예에 따른 파티션 타입은 예측 단위의 높이 또는 너비가 대칭적 비율로 분할된 대칭적 파티션들뿐만 아니라, 1:n 또는 n:1과 같이 비대칭적 비율로 분할된 파티션들, 기하학적인 형태로 분할된 파티션들, 임의적 형태의 파티션들 등을 선택적으로 포함할 수도 있다.
예측 단위의 예측 모드는, 인트라 모드, 인터 모드 및 스킵 모드 중 적어도 하나일 수 있다. 예를 들어 인트라 모드 및 인터 모드는, 2Nx2N, 2NxN, Nx2N, NxN 크기의 파티션에 대해서 수행될 수 있다. 또한, 스킵 모드는 2Nx2N 크기의 파티션에 대해서만 수행될 수 있다. 부호화 단위 이내의 하나의 예측 단위마다 독립적으로 부호화가 수행되어 부호화 오차가 가장 작은 예측 모드가 선택될 수 있다.
또한, 일 실시예에 따른 비디오 부호화 장치(100)는, 영상 데이터의 부호화를 위한 부호화 단위 뿐만 아니라, 부호화 단위와 다른 데이터 단위를 기반으로 부호화 단위의 영상 데이터의 주파수 변환을 수행할 수 있다.
부호화 단위의 주파수 변환을 위해서는, 부호화 단위보다 작거나 같은 크기의 데이터 단위를 기반으로 주파수 변환이 수행될 수 있다. 예를 들어, 주파수 변환을 위한 데이터 단위는, 인트라 모드를 위한 데이터 단위 및 인터 모드를 위한 데이터 단위를 포함할 수 있다.
이하, 주파수 변환의 기반이 되는 데이터 단위는 '변환 단위'라고 지칭될 수 있다. 부호화 단위와 유사한 방식으로, 부호화 단위 내의 변환 단위도 재귀적으로 더 작은 크기의 변환 단위로 분할되면서, 부호화 단위의 레지듀얼 데이터가 변환 심도에 따라 트리 구조에 따른 변환 단위에 따라 구획될 수 있다.
일 실시예에 따른 변환 단위에 대해서도, 부호화 단위의 높이 및 너비가 분할하여 변환 단위에 이르기까지의 분할 횟수를 나타내는 변환 심도가 설정될 수 있다. 예를 들어, 크기 2Nx2N의 현재 부호화 단위의 변환 단위의 크기가 2Nx2N이라면 변환 심도 0, 변환 단위의 크기가 NxN이라면 변환 심도 1, 변환 단위의 크기가 N/2xN/2이라면 변환 심도 2로 설정될 수 있다. 즉, 변환 단위에 대해서도 변환 심도에 따라 트리 구조에 따른 변환 단위가 설정될 수 있다.
부호화 심도별 부호화 정보는, 부호화 심도 뿐만 아니라 예측 관련 정보 및 주파수 변환 관련 정보가 필요하다. 따라서, 부호화 단위 결정부(120)는 최소 부호화 오차를 발생시킨 부호화 심도 뿐만 아니라, 예측 단위를 파티션으로 분할한 파티션 타입, 예측 단위별 예측 모드, 주파수 변환을 위한 변환 단위의 크기 등을 결정할 수 있다.
일 실시예에 따른 최대 부호화 단위의 트리 구조에 따른 부호화 단위 및 파티션의 결정 방식에 대해서는, 도 3 내지 12을 참조하여 상세히 후술한다.
부호화 단위 결정부(120)는 심도별 부호화 단위의 부호화 오차를 라그랑지 곱(Lagrangian Multiplier) 기반의 율-왜곡 최적화 기법(Rate-Distortion Optimization)을 이용하여 측정할 수 있다.
출력부(130)는, 부호화 단위 결정부(120)에서 결정된 적어도 하나의 부호화 심도에 기초하여 부호화된 최대 부호화 단위의 영상 데이터 및 심도별 부호화 모드에 관한 정보를 비트스트림 형태로 출력한다.
부호화된 영상 데이터는 영상의 레지듀얼 데이터의 부호화 결과일 수 있다.
심도별 부호화 모드에 관한 정보는, 부호화 심도 정보, 예측 단위의 파티션 타입 정보, 예측 모드 정보, 변환 단위의 크기 정보 등을 포함할 수 있다.
부호화 심도 정보는, 현재 심도로 부호화하지 않고 하위 심도의 부호화 단위로 부호화할지 여부를 나타내는 심도별 분할 정보를 이용하여 정의될 수 있다. 현재 부호화 단위의 현재 심도가 부호화 심도라면, 현재 부호화 단위는 현재 심도의 부호화 단위로 부호화되므로 현재 심도의 분할 정보는 더 이상 하위 심도로 분할되지 않도록 정의될 수 있다. 반대로, 현재 부호화 단위의 현재 심도가 부호화 심도가 아니라면 하위 심도의 부호화 단위를 이용한 부호화를 시도해보아야 하므로, 현재 심도의 분할 정보는 하위 심도의 부호화 단위로 분할되도록 정의될 수 있다.
현재 심도가 부호화 심도가 아니라면, 하위 심도의 부호화 단위로 분할된 부호화 단위에 대해 부호화가 수행된다. 현재 심도의 부호화 단위 내에 하위 심도의 부호화 단위가 하나 이상 존재하므로, 각각의 하위 심도의 부호화 단위마다 반복적으로 부호화가 수행되어, 동일한 심도의 부호화 단위마다 재귀적(recursive) 부호화가 수행될 수 있다.
하나의 최대 부호화 단위 안에 트리 구조의 부호화 단위들이 결정되며 부호화 심도의 부호화 단위마다 적어도 하나의 부호화 모드에 관한 정보가 결정되어야 하므로, 하나의 최대 부호화 단위에 대해서는 적어도 하나의 부호화 모드에 관한 정보가 결정될 수 있다. 또한, 최대 부호화 단위의 데이터는 심도에 따라 계층적으로 구획되어 위치 별로 부호화 심도가 다를 수 있으므로, 데이터에 대해 부호화 심도 및 부호화 모드에 관한 정보가 설정될 수 있다.
따라서, 일 실시예에 따른 출력부(130)는, 최대 부호화 단위에 포함되어 있는 부호화 단위, 예측 단위 및 최소 단위 중 적어도 하나에 대해, 해당 부호화 심도 및 부호화 모드에 대한 부호화 정보를 할당될 수 있다.
일 실시예에 따른 최소 단위는, 최하위 부호화 심도인 최소 부호화 단위가 4분할된 크기의 정사각형의 데이터 단위이며, 최대 부호화 단위에 포함되는 모든 부호화 단위, 예측 단위 및 변환 단위 내에 포함될 수 있는 최대 크기의 정사각 데이터 단위일 수 있다.
예를 들어 출력부(130)를 통해 출력되는 부호화 정보는, 심도별 부호화 단위별 부호화 정보와 예측 단위별 부호화 정보로 분류될 수 있다. 심도별 부호화 단위별 부호화 정보는, 예측 모드 정보, 파티션 크기 정보를 포함할 수 있다. 예측 단위별로 전송되는 부호화 정보는 인터 모드의 추정 방향에 관한 정보, 인터 모드의 참조 영상 인덱스에 관한 정보, 움직임 벡터에 관한 정보, 인트라 모드의 크로마 성분에 관한 정보, 인트라 모드의 보간 방식에 관한 정보 등을 포함할 수 있다. 또한, 픽처, 슬라이스 또는 GOP별로 정의되는 부호화 단위의 최대 크기에 관한 정보 및 최대 심도에 관한 정보는 비트스트림의 헤더에 삽입될 수 있다.
비디오 부호화 장치(100)의 가장 간단한 형태의 실시예에 따르면, 심도별 부호화 단위는 한 계층 상위 심도의 부호화 단위의 높이 및 너비를 반분한 크기의 부호화 단위이다. 즉, 현재 심도의 부호화 단위의 크기가 2Nx2N이라면, 하위 심도의 부호화 단위의 크기는 NxN 이다. 또한, 2Nx2N 크기의 현재 부호화 단위는 NxN 크기의 하위 심도 부호화 단위를 최대 4개 포함할 수 있다.
따라서, 일 실시예에 따른 비디오 부호화 장치(100)는 현재 픽처의 특성을 고려하여 결정된 최대 부호화 단위의 크기 및 최대 심도를 기반으로, 각각의 최대 부호화 단위마다 최적의 형태 및 크기의 부호화 단위를 결정하여 트리 구조에 따른 부호화 단위들을 구성할 수 있다. 또한, 각각의 최대 부호화 단위마다 다양한 예측 모드, 주파수 변환 방식 등으로 부호화할 수 있으므로, 다양한 영상 크기의 부호화 단위의 영상 특성을 고려하여 최적의 부호화 모드가 결정될 수 있다.
따라서, 영상의 해상도가 매우 높거나 데이터량이 매우 큰 영상을 기존 매크로블록 단위로 부호화한다면, 픽처당 매크로블록의 수가 과도하게 많아진다. 이에 따라, 매크로블록마다 생성되는 압축 정보도 많아지므로 압축 정보의 전송 부담이 커지고 데이터 압축 효율이 감소하는 경향이 있다. 따라서, 일 실시예에 따른 비디오 부호화 장치는, 영상의 크기를 고려하여 부호화 단위의 최대 크기를 증가시키면서, 영상 특성을 고려하여 부호화 단위를 조절할 수 있으므로, 영상 압축 효율이 증대될 수 있다.
도 2 는 본 발명의 일 실시예에 따른 비디오 복호화 장치의 블록도를 도시한다.
일 실시예에 따른 비디오 복호화 장치(200)는 수신부(210), 영상 데이터 및 부호화 정보 추출부(220) 및 영상 데이터 복호화부(230)를 포함한다. 일 실시예에 따른 비디오 복호화 장치(200)의 각종 프로세싱을 위한 부호화 단위, 심도, 예측 단위, 변환 단위, 각종 부호화 모드에 관한 정보 등 각종 용어의 정의는, 도 1 및 비디오 부호화 장치(100)을 참조하여 전술한 바와 동일하다.
수신부(205)는 부호화된 비디오에 대한 비트스트림을 수신하여 파싱(parsing)한다. 영상 데이터 및 부호화 정보 추출부(220)는 파싱된 비트스트림으로부터 최대 부호화 단위별로 트리 구조에 따른 부호화 단위들에 따라 부호화 단위마다 부호화된 영상 데이터를 추출하여 영상 데이터 복호화부(230)로 출력한다. 영상 데이터 및 부호화 정보 추출부(220)는 현재 픽처에 대한 헤더로부터 현재 픽처의 부호화 단위의 최대 크기에 관한 정보를 추출할 수 있다.
또한, 영상 데이터 및 부호화 정보 추출부(220)는 파싱된 비트스트림으로부터 최대 부호화 단위별로 트리 구조에 따른 부호화 단위들에 대한 부호화 심도 및 부호화 모드에 관한 정보를 추출한다. 추출된 부호화 심도 및 부호화 모드에 관한 정보는 영상 데이터 복호화부(230)로 출력된다. 즉, 비트열의 영상 데이터를 최대 부호화 단위로 분할하여, 영상 데이터 복호화부(230)가 최대 부호화 단위마다 영상 데이터를 복호화하도록 할 수 있다.
최대 부호화 단위별 부호화 심도 및 부호화 모드에 관한 정보는, 하나 이상의 부호화 심도 정보에 대해 설정될 수 있으며, 부호화 심도별 부호화 모드에 관한 정보는, 해당 부호화 단위의 파티션 타입 정보, 예측 모드 정보 및 변환 단위의 크기 정보 등을 포함할 수 있다. 또한, 부호화 심도 정보로서, 심도별 분할 정보가 추출될 수도 있다.
영상 데이터 및 부호화 정보 추출부(220)가 추출한 최대 부호화 단위별 부호화 심도 및 부호화 모드에 관한 정보는, 일 실시예에 따른 비디오 부호화 장치(100)와 같이 부호화단에서, 최대 부호화 단위별 심도별 부호화 단위마다 반복적으로 부호화를 수행하여 최소 부호화 오차를 발생시키는 것으로 결정된 부호화 심도 및 부호화 모드에 관한 정보이다. 따라서, 비디오 복호화 장치(200)는 최소 부호화 오차를 발생시키는 부호화 방식에 따라 데이터를 복호화하여 영상을 복원할 수 있다.
일 실시예에 따른 부호화 심도 및 부호화 모드에 대한 부호화 정보는, 해당 부호화 단위, 예측 단위 및 최소 단위 중 소정 데이터 단위에 대해 할당되어 있을 수 있으므로, 영상 데이터 및 부호화 정보 추출부(220)는 소정 데이터 단위별로 부호화 심도 및 부호화 모드에 관한 정보를 추출할 수 있다. 소정 데이터 단위별로, 해당 최대 부호화 단위의 부호화 심도 및 부호화 모드에 관한 정보가 기록되어 있다면, 동일한 부호화 심도 및 부호화 모드에 관한 정보를 갖고 있는 소정 데이터 단위들은 동일한 최대 부호화 단위에 포함되는 데이터 단위로 유추될 수 있다.
영상 데이터 복호화부(230)는 최대 부호화 단위별 부호화 심도 및 부호화 모드에 관한 정보에 기초하여 각각의 최대 부호화 단위의 영상 데이터를 복호화하여 현재 픽처를 복원한다. 즉 영상 데이터 복호화부(230)는, 최대 부호화 단위에 포함되는 트리 구조에 따른 부호화 단위들 가운데 각각의 부호화 단위마다, 판독된 파티션 타입, 예측 모드, 변환 단위에 기초하여 부호화된 영상 데이터를 복호화할 수 있다. 복호화 과정은 인트라 예측 및 움직임 보상을 포함하는 예측 과정, 및 주파수 역변환 과정을 포함할 수 있다.
영상 데이터 복호화부(230)는, 부호화 심도별 부호화 단위의 예측 단위의 파티션 타입 정보 및 예측 모드 정보에 기초하여, 부호화 단위마다 각각의 파티션 및 예측 모드에 따라 인트라 예측 또는 움직임 보상을 수행할 수 있다.
또한, 영상 데이터 복호화부(230)는, 최대 부호화 단위별 주파수 역변환을 위해, 부호화 심도별 부호화 단위의 변환 단위의 크기 정보에 기초하여, 부호화 단위마다 각각의 변환 단위에 따라 주파수 역변환을 수행할 수 있다.
영상 데이터 복호화부(230)는 심도별 분할 정보를 이용하여 현재 최대 부호화 단위의 부호화 심도를 결정할 수 있다. 만약, 분할 정보가 현재 심도에서 더 이상 분할되지 않음을 나타내고 있다면 현재 심도가 부호화 심도이다. 따라서, 영상 데이터 복호화부(230)는 현재 최대 부호화 단위의 영상 데이터에 대해 현재 심도의 부호화 단위를 예측 단위의 파티션 타입, 예측 모드 및 변환 단위 크기 정보를 이용하여 복호화할 수 있다.
즉, 부호화 단위, 예측 단위 및 최소 단위 중 소정 데이터 단위에 대해 설정되어 있는 부호화 정보를 관찰하여, 동일한 분할 정보를 포함한 부호화 정보를 보유하고 있는 데이터 단위가 모여, 영상 데이터 복호화부(230)에 의해 동일한 부호화 모드로 복호화할 하나의 데이터 단위로 간주될 수 있다.
일 실시예에 따른 비디오 복호화 장치(200)는, 부호화 과정에서 최대 부호화 단위마다 재귀적으로 부호화를 수행하여 최소 부호화 오차를 발생시킨 부호화 단위에 대한 정보를 획득하여, 현재 픽처에 대한 복호화에 이용할 수 있다. 즉, 최대 부호화 단위마다 최적 부호화 단위로 결정된 트리 구조에 따른 부호화 단위들의 부호화된 영상 데이터의 복호화가 가능해진다.
따라서, 높은 해상도의 영상 또는 데이터량이 과도하게 많은 영상이라도 부호화단으로부터 전송된 최적 부호화 모드에 관한 정보를 이용하여, 영상의 특성에 적응적으로 결정된 부호화 단위의 크기 및 부호화 모드에 따라 효율적으로 영상 데이터를 복호화하여 복원할 수 있다.
이하 도 3 내지 도 13을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 트리 구조에 따른 부호화 단위들, 예측 단위 및 변환 단위의 결정 방식이 상술된다.
도 3 은 계층적 부호화 단위의 개념을 도시한다.
부호화 단위의 예는, 부호화 단위의 크기는 너비x높이로 표현되며, 크기 64x64인 부호화 단위부터, 32x32, 16x16, 8x8를 포함할 수 있다. 크기 64x64의 부호화 단위는 크기 64x64, 64x32, 32x64, 32x32의 파티션들로 분할될 수 있고, 크기 32x32의 부호화 단위는 크기 32x32, 32x16, 16x32, 16x16의 파티션들로, 크기 16x16의 부호화 단위는 크기 16x16, 16x8, 8x16, 8x8의 파티션들로, 크기 8x8의 부호화 단위는 크기 8x8, 8x4, 4x8, 4x4의 파티션들로 분할될 수 있다.
비디오 데이터(310)에 대해서는, 해상도는 1920x1080, 부호화 단위의 최대 크기는 64, 최대 심도가 2로 설정되어 있다. 비디오 데이터(320)에 대해서는, 해상도는 1920x1080, 부호화 단위의 최대 크기는 64, 최대 심도가 3로 설정되어 있다. 비디오 데이터(330)에 대해서는, 해상도는 352x288, 부호화 단위의 최대 크기는 16, 최대 심도가 1로 설정되어 있다. 도 3에 도시된 최대 심도는, 최대 부호화 단위로부터 최소 부호화 단위까지의 총 분할 횟수를 나타낸다.
해상도가 높거나 데이터량이 많은 경우 부호화 효율의 향상 뿐만 아니라 영상 특성을 정확히 반형하기 위해 부호화 사이즈의 최대 크기가 상대적으로 큰 것이 바람직하다. 따라서, 비디오 데이터(330)에 비해, 해상도가 높은 비디오 데이터(310, 320)는 부호화 사이즈의 최대 크기가 64로 선택될 수 있다.
비디오 데이터(310)의 최대 심도는 2이므로, 비디오 데이터(310)의 부호화 단위(315)는 장축 크기가 64인 최대 부호화 단위로부터, 2회 분할하며 심도가 두 계층 깊어져서 장축 크기가 32, 16인 부호화 단위들까지 포함할 수 있다. 반면, 비디오 데이터(330)의 최대 심도는 1이므로, 비디오 데이터(330)의 부호화 단위(335)는 장축 크기가 16인 부호화 단위들로부터, 1회 분할하며 심도가 한 계층 깊어져서 장축 크기가 8인 부호화 단위들까지 포함할 수 있다.
비디오 데이터(320)의 최대 심도는 3이므로, 비디오 데이터(320)의 부호화 단위(325)는 장축 크기가 64인 최대 부호화 단위로부터, 3회 분할하며 심도가 세 계층 깊어져서 장축 크기가 32, 16, 8인 부호화 단위들까지 포함할 수 있다. 심도가 깊어질수록 세부 정보의 표현능력이 향상될 수 있다.
도 4 는 본 발명의 일 실시예에 따른 부호화 단위에 기초한 영상 부호화부의 블록도를 도시한다.
일 실시예에 따른 영상 부호화부(400)는, 비디오 부호화 장치(100)의 부호화 단위 결정부(120)에서 영상 데이터를 부호화하는데 거치는 작업들을 포함한다. 즉, 인트라 예측부(410)는 현재 프레임(405) 중 인트라 모드의 부호화 단위에 대해 인트라 예측을 수행하고, 움직임 추정부(420) 및 움직임 보상부(425)는 인터 모드의 현재 프레임(405) 및 참조 프레임(495)를 이용하여 인터 추정 및 움직임 보상을 수행한다.
인트라 예측부(410), 움직임 추정부(420) 및 움직임 보상부(425)로부터 출력된 데이터는 주파수 변환부(430) 및 양자화부(440)를 거쳐 양자화된 변환 계수로 출력된다. 특히, 본 발명의 일 실시예에 따른 움직임 추정부(420) 및 움직임 보상부(425)는 양방향 움직임 예측 및 보상시에 블록 기반으로 양방향 움직임 예측 및 보상된 결과에 부가하여 픽셀 단위로 양방향 움직임 보상을 수행한다. 이에 대해서는 도 14 이하의 설명에서 상술하기로 한다.
양자화된 변환 계수는 역양자화부(460), 주파수 역변환부(470)을 통해 공간 영역의 데이터로 복원되고, 복원된 공간 영역의 데이터는 디블로킹부(480) 및 루프 필터링부(490)를 거쳐 후처리되어 참조 프레임(495)으로 출력된다. 양자화된 변환 계수는 엔트로피 부호화부(450)를 거쳐 비트스트림(455)으로 출력될 수 있다.
일 실시예에 따른 비디오 부호화 장치(100)에 적용되기 위해서는, 영상 부호화부(400)의 구성 요소들인 인트라 예측부(410), 움직임 추정부(420), 움직임 보상부(425), 주파수 변환부(430), 양자화부(440), 엔트로피 부호화부(450), 역양자화부(460), 주파수 역변환부(470), 디블로킹부(480) 및 루프 필터링부(490)가 모두, 최대 부호화 단위마다 최대 심도를 고려하여 트리 구조에 따른 부호화 단위들 중 각각의 부호화 단위에 기반한 작업을 수행하여야 한다.
특히, 인트라 예측부(410), 움직임 추정부(420) 및 움직임 보상부(425)는 현재 최대 부호화 단위의 최대 크기 및 최대 심도를 고려하여 트리 구조에 따른 부호화 단위들 중 각각의 부호화 단위의 파티션 및 예측 모드를 결정하며, 주파수 변환부(430)는 트리 구조에 따른 부호화 단위들 중 각각의 부호화 단위 내의 변환 단위의 크기를 결정하여야 한다.
도 5 는 본 발명의 일 실시예에 따른 부호화 단위에 기초한 영상 복호화부의 블록도를 도시한다.
비트스트림(505)이 파싱부(510)를 거쳐 복호화 대상인 부호화된 영상 데이터 및 복호화를 위해 필요한 부호화에 관한 정보가 파싱된다. 부호화된 영상 데이터는 엔트로피 복호화부(520) 및 역양자화부(530)를 거쳐 역양자화된 데이터로 출력되고, 주파수 역변환부(540)를 거쳐 공간 영역의 영상 데이터가 복원된다.
공간 영역의 영상 데이터에 대해서, 인트라 예측부(550)는 인트라 모드의 부호화 단위에 대해 인트라 예측을 수행하고, 움직임 보상부(560)는 참조 프레임(585)를 함께 이용하여 인터 모드의 부호화 단위에 대해 움직임 보상을 수행한다. 특히, 본 발명의 일 실시예에 따른 움직임 보상부(560)는 양방향 움직임 보상시에 블록 기반으로 양방향 움직임 보상된 결과에 부가하여 픽셀 단위로 양방향 움직임 보상을 수행한다. 이에 대해서는 도 14 이하의 설명에서 상술하기로 한다.
인트라 예측부(550) 및 움직임 보상부(560)를 거친 공간 영역의 데이터는 디블로킹부(570) 및 루프 필터링부(580)를 거쳐 후처리되어 복원 프레임(595)으로 출력될 수 있다. 또한, 디블로킹부(570) 및 루프 필터링부(580)를 거쳐 후처리된 데이터는 참조 프레임(585)으로서 출력될 수 있다.
비디오 복호화 장치(200)의 영상 데이터 복호화부(230)에서 영상 데이터를 복호화하기 위해, 일 실시예에 따른 영상 복호화부(500)의 파싱부(510) 이후의 단계별 작업들이 수행될 수 있다.
일 실시예에 따른 비디오 복호화 장치(200)에 적용되기 위해서는, 영상 복호화부(500)의 구성 요소들인 파싱부(510), 엔트로피 복호화부(520), 역양자화부(530), 주파수 역변환부(540), 인트라 예측부(550), 움직임 보상부(560), 디블로킹부(570) 및 루프 필터링부(580)가 모두, 최대 부호화 단위마다 트리 구조에 따른 부호화 단위들에 기반하여 작업을 수행하여야 한다.
특히, 인트라 예측부(550), 움직임 보상부(560)는 트리 구조에 따른 부호화 단위들 각각마다 파티션 및 예측 모드를 결정하며, 주파수 역변환부(540)는 부호화 단위마다 변환 단위의 크기를 결정하여야 한다.
도 6 는 본 발명의 일 실시예에 따른 심도별 부호화 단위 및 파티션을 도시한다.
일 실시예에 따른 비디오 부호화 장치(100) 및 일 실시예에 따른 비디오 복호화 장치(200)는 영상 특성을 고려하기 위해 계층적인 부호화 단위를 사용한다. 부호화 단위의 최대 높이 및 너비, 최대 심도는 영상의 특성에 따라 적응적으로 결정될 수도 있으며, 사용자의 요구에 따라 다양하게 설정될 수도 있다. 미리 설정된 부호화 단위의 최대 크기에 따라, 심도별 부호화 단위의 크기가 결정될 수 있다.
일 실시예에 따른 부호화 단위의 계층 구조(600)는 부호화 단위의 최대 높이 및 너비가 64이며, 최대 심도가 4인 경우를 도시하고 있다. 일 실시예에 따른 부호화 단위의 계층 구조(600)의 세로축을 따라서 심도가 깊어지므로 심도별 부호화 단위의 높이 및 너비가 각각 분할한다. 또한, 부호화 단위의 계층 구조(600)의 가로축을 따라, 각각의 심도별 부호화 단위의 예측 부호화의 기반이 되는 예측 단위 및 파티션이 도시되어 있다.
즉, 부호화 단위(610)는 부호화 단위의 계층 구조(600) 중 최대 부호화 단위로서 심도가 0이며, 부호화 단위의 크기, 즉 높이 및 너비가 64x64이다. 세로축을 따라 심도가 깊어지며, 크기 32x32인 심도 1의 부호화 단위(620), 크기 16x16인 심도 2의 부호화 단위(630), 크기 8x8인 심도 3의 부호화 단위(640), 크기 4x4인 심도 4의 부호화 단위(650)가 존재한다. 크기 4x4인 심도 4의 부호화 단위(650)는 최소 부호화 단위이다.
각각의 심도별로 가로축을 따라, 부호화 단위의 예측 단위 및 파티션들이 배열된다. 즉, 심도 0의 크기 64x64의 부호화 단위(610)가 예측 단위라면, 예측 단위는 크기 64x64의 부호화 단위(610)에 포함되는 크기 64x64의 파티션(610), 크기 64x32의 파티션들(612), 크기 32x64의 파티션들(614), 크기 32x32의 파티션들(616)로 분할될 수 있다.
마찬가지로, 심도 1의 크기 32x32의 부호화 단위(620)의 예측 단위는, 크기 32x32의 부호화 단위(620)에 포함되는 크기 32x32의 파티션(620), 크기 32x16의 파티션들(622), 크기 16x32의 파티션들(624), 크기 16x16의 파티션들(626)로 분할될 수 있다.
마찬가지로, 심도 2의 크기 16x16의 부호화 단위(630)의 예측 단위는, 크기 16x16의 부호화 단위(630)에 포함되는 크기 16x16의 파티션(630), 크기 16x8의 파티션들(632), 크기 8x16의 파티션들(634), 크기 8x8의 파티션들(636)로 분할될 수 있다.
마찬가지로, 심도 3의 크기 8x8의 부호화 단위(640)의 예측 단위는, 크기 8x8의 부호화 단위(640)에 포함되는 크기 8x8의 파티션(640), 크기 8x4의 파티션들(642), 크기 4x8의 파티션들(644), 크기 4x4의 파티션들(646)로 분할될 수 있다.
마지막으로, 심도 4의 크기 4x4의 부호화 단위(650)는 최소 부호화 단위이며 최하위 심도의 부호화 단위이고, 해당 예측 단위도 크기 4x4의 파티션(650)으로만 설정될 수 있다.
일 실시예에 따른 비디오 부호화 장치(100)의 부호화 단위 결정부(120)는, 최대 부호화 단위(610)의 부호화 심도를 결정하기 위해, 최대 부호화 단위(610)에 포함되는 각각의 심도의 부호화 단위마다 부호화를 수행하여야 한다.
동일한 범위 및 크기의 데이터를 포함하기 위한 심도별 부호화 단위의 개수는, 심도가 깊어질수록 심도별 부호화 단위의 개수도 증가한다. 예를 들어, 심도 1의 부호화 단위 한 개가 포함하는 데이터에 대해서, 심도 2의 부호화 단위는 네 개가 필요하다. 따라서, 동일한 데이터의 부호화 결과를 심도별로 비교하기 위해서, 한 개의 심도 1의 부호화 단위 및 네 개의 심도 2의 부호화 단위를 이용하여 각각 부호화되어야 한다.
각각의 심도별 부호화를 위해서는, 부호화 단위의 계층 구조(600)의 가로축을 따라, 심도별 부호화 단위의 예측 단위들마다 부호화를 수행하여, 해당 심도에서 가장 작은 부호화 오차인 대표 부호화 오차가 선택될 수다. 또한, 부호화 단위의 계층 구조(600)의 세로축을 따라 심도가 깊어지며, 각각의 심도마다 부호화를 수행하여, 심도별 대표 부호화 오차를 비교하여 최소 부호화 오차가 검색될 수 있다. 최대 부호화 단위(610) 중 최소 부호화 오차가 발생하는 심도 및 파티션이 최대 부호화 단위(610)의 부호화 심도 및 파티션 타입으로 선택될 수 있다.
도 7 은 본 발명의 일 실시예에 따른, 부호화 단위 및 변환 단위의 관계를 도시한다.
일 실시예에 따른 비디오 부호화 장치(100) 또는 일 실시예에 따른 비디오 복호화 장치(200)는, 최대 부호화 단위마다 최대 부호화 단위보다 작거나 같은 크기의 부호화 단위로 영상을 부호화하거나 복호화한다. 부호화 과정 중 주파수 변환을 위한 변환 단위의 크기는 각각의 부호화 단위보다 크지 않은 데이터 단위를 기반으로 선택될 수 있다.
예를 들어, 일 실시예에 따른 비디오 부호화 장치(100) 또는 일 실시예에 따른 비디오 복호화 장치(200)에서, 현재 부호화 단위(710)가 64x64 크기일 때, 32x32 크기의 변환 단위(720)를 이용하여 주파수 변환이 수행될 수 있다.
또한, 64x64 크기의 부호화 단위(710)의 데이터를 64x64 크기 이하의 32x32, 16x16, 8x8, 4x4 크기의 변환 단위들로 각각 주파수 변환을 수행하여 부호화한 후, 원본과의 오차가 가장 적은 변환 단위가 선택될 수 있다.
도 8 은 본 발명의 일 실시예에 따라, 심도별 부호화 정보들을 도시한다.
일 실시예에 따른 비디오 부호화 장치(100)의 출력부(130)는 부호화 모드에 관한 정보로서, 각각의 부호화 심도의 부호화 단위마다 파티션 타입에 관한 정보(800), 예측 모드에 관한 정보(810), 변환 단위 크기에 대한 정보(820)를 부호화하여 전송할 수 있다.
파티션 타입에 대한 정보(800)는, 현재 부호화 단위의 예측 부호화를 위한 데이터 단위로서, 현재 부호화 단위의 예측 단위가 분할된 파티션의 형태에 대한 정보를 나타낸다. 예를 들어, 크기 2Nx2N의 현재 부호화 단위 CU_0는, 크기 2Nx2N의 파티션(802), 크기 2NxN의 파티션(804), 크기 Nx2N의 파티션(806), 크기 NxN의 파티션(808) 중 어느 하나의 타입으로 분할되어 이용될 수 있다. 이 경우 현재 부호화 단위의 파티션 타입에 관한 정보(800)는 크기 2Nx2N의 파티션(802), 크기 2NxN의 파티션(804), 크기 Nx2N의 파티션(806) 및 크기 NxN의 파티션(808) 중 하나를 나타내도록 설정된다.
예측 모드에 관한 정보(810)는, 각각의 파티션의 예측 모드를 나타낸다. 예를 들어 예측 모드에 관한 정보(810)를 통해, 파티션 타입에 관한 정보(800)가 가리키는 파티션이 인트라 모드(812), 인터 모드(814) 및 스킵 모드(816) 중 하나로 예측 부호화가 수행되는지 여부가 설정될 수 있다.
또한, 변환 단위 크기에 관한 정보(820)는 현재 부호화 단위를 어떠한 변환 단위를 기반으로 주파수 변환을 수행할지 여부를 나타낸다. 예를 들어, 변환 단위는 제 1 인트라 변환 단위 크기(822), 제 2 인트라 변환 단위 크기(824), 제 1 인터 변환 단위 크기(826), 제 2 인트라 변환 단위 크기(828) 중 하나일 수 있다.
일 실시예에 따른 비디오 복호화 장치(200)의 영상 데이터 및 부호화 정보 추출부(210)는, 각각의 심도별 부호화 단위마다 파티션 타입에 관한 정보(800), 예측 모드에 관한 정보(810), 변환 단위 크기에 대한 정보(820)를 추출하여 복호화에 이용할 수 있다.
도 9 는 본 발명의 일 실시예에 따른 심도별 부호화 단위를 도시한다.
심도의 변화를 나타내기 위해 분할 정보가 이용될 수 있다. 분할 정보는 현재 심도의 부호화 단위가 하위 심도의 부호화 단위로 분할될지 여부를 나타낸다.
심도 0 및 2N_0x2N_0 크기의 부호화 단위(900)의 예측 부호화를 위한 예측 단위(910)는 2N_0x2N_0 크기의 파티션 타입(912), 2N_0xN_0 크기의 파티션 타입(914), N_0x2N_0 크기의 파티션 타입(916), N_0xN_0 크기의 파티션 타입(918)을 포함할 수 있다. 예측 단위가 대칭적 비율로 분할된 파티션들(912, 914, 916, 918)만이 예시되어 있지만, 전술한 바와 같이 파티션 타입은 이에 한정되지 않고 비대칭적 파티션, 임의적 형태의 파티션, 기하학적 형태의 파티션 등을 포함할 수 있다.
파티션 타입마다, 한 개의 2N_0x2N_0 크기의 파티션, 두 개의 2N_0xN_0 크기의 파티션, 두 개의 N_0x2N_0 크기의 파티션, 네 개의 N_0xN_0 크기의 파티션마다 반복적으로 예측 부호화가 수행되어야 한다. 크기 2N_0x2N_0, 크기 N_0x2N_0 및 크기 2N_0xN_0 및 크기 N_0xN_0의 파티션에 대해서는, 인트라 모드 및 인터 모드로 예측 부호화가 수행될 수 있다. 스킵 모드는 크기 2N_0x2N_0의 파티션에 예측 부호화가 대해서만 수행될 수 있다.
크기 2N_0x2N_0, 2N_0xN_0 및 N_0x2N_0의 파티션 타입(912, 914, 916) 중 하나에 의한 부호화 오차가 가장 작다면, 더 이상 하위 심도로 분할할 필요 없다.
크기 N_0xN_0의 파티션 타입(918)에 의한 부호화 오차가 가장 작다면, 심도 0를 1로 변경하며 분할하고(920), 심도 2 및 크기 N_0xN_0의 파티션 타입의 부호화 단위들(930)에 대해 반복적으로 부호화를 수행하여 최소 부호화 오차를 검색해 나갈 수 있다.
심도 1 및 크기 2N_1x2N_1 (=N_0xN_0)의 부호화 단위(930)의 예측 부호화를 위한 예측 단위(940)는, 크기 2N_1x2N_1의 파티션 타입(942), 크기 2N_1xN_1의 파티션 타입(944), 크기 N_1x2N_1의 파티션 타입(946), 크기 N_1xN_1의 파티션 타입(948)을 포함할 수 있다.
또한, 크기 N_1xN_1 크기의 파티션 타입(948)에 의한 부호화 오차가 가장 작다면, 심도 1을 심도 2로 변경하며 분할하고(950), 심도 2 및 크기 N_2xN_2의 부호화 단위들(960)에 대해 반복적으로 부호화를 수행하여 최소 부호화 오차를 검색해 나갈 수 있다.
최대 심도가 d인 경우, 심도별 분할 정보는 심도 d-1일 때까지 설정되고, 분할 정보는 심도 d-2까지 설정될 수 있다. 즉, 심도 d-2로부터 분할(970)되어 심도 d-1까지 부호화가 수행될 경우, 심도 d-1 및 크기 2N_(d-1)x2N_(d-1)의 부호화 단위(980)의 예측 부호화를 위한 예측 단위(990)는, 크기 2N_(d-1)x2N_(d-1)의 파티션 타입(992), 크기 2N_(d-1)xN_(d-1)의 파티션 타입(994), 크기 N_(d-1)x2N_(d-1)의 파티션 타입(996), 크기 N_(d-1)xN_(d-1)의 파티션 타입(998)을 포함할 수 있다.
파티션 타입 가운데, 한 개의 크기 2N_(d-1)x2N_(d-1)의 파티션, 두 개의 크기 2N_(d-1)xN_(d-1)의 파티션, 두 개의 크기 N_(d-1)x2N_(d-1)의 파티션, 네 개의 크기 N_(d-1)xN_(d-1)의 파티션마다 반복적으로 예측 부호화를 통한 부호화가 수행되어, 최소 부호화 오차가 발생하는 파티션 타입이 검색될 수 있다.
크기 N_(d-1)xN_(d-1)의 파티션 타입(998)에 의한 부호화 오차가 가장 작더라도, 최대 심도가 d이므로, 심도 d-1의 부호화 단위 CU_(d-1)는 더 이상 하위 심도로의 분할 과정을 거치지 않으며, 현재 최대 부호화 단위(900)에 대한 부호화 심도가 심도 d-1로 결정되고, 파티션 타입은 N_(d-1)xN_(d-1)로 결정될 수 있다. 또한 최대 심도가 d이므로, 심도 d-1의 부호화 단위(952)에 대해 분할 정보는 설정되지 않는다.
데이터 단위(999)은, 현재 최대 부호화 단위에 대한 '최소 단위'라 지칭될 수 있다. 일 실시예에 따른 최소 단위는, 최하위 부호화 심도인 최소 부호화 단위가 4분할된 크기의 정사각형의 데이터 단위일 수 있다. 이러한 반복적 부호화 과정을 통해, 일 실시예에 따른 비디오 부호화 장치(100)는 부호화 단위(900)의 심도별 부호화 오차를 비교하여 가장 작은 부호화 오차가 발생하는 심도를 선택하여, 부호화 심도를 결정하고, 해당 파티션 타입 및 예측 모드가 부호화 심도의 부호화 모드로 설정될 수 있다.
이런 식으로 심도 0, 1, ..., d-1, d의 모든 심도별 최소 부호화 오차를 비교하여 오차가 가장 작은 심도가 선택되어 부호화 심도로 결정될 수 있다. 부호화 심도, 및 예측 단위의 파티션 타입 및 예측 모드는 부호화 모드에 관한 정보로써 부호화되어 전송될 수 있다. 또한, 심도 0으로부터 부호화 심도에 이르기까지 부호화 단위가 분할되어야 하므로, 부호화 심도의 분할 정보만이 '0'으로 설정되고, 부호화 심도를 제외한 심도별 분할 정보는 '1'로 설정되어야 한다.
일 실시예에 따른 비디오 복호화 장치(200)의 영상 데이터 및 부호화 정보 추출부(220)는 부호화 단위(900)에 대한 부호화 심도 및 예측 단위에 관한 정보를 추출하여 부호화 단위(912)를 복호화하는데 이용할 수 있다. 일 실시예에 따른 비디오 복호화 장치(200)는 심도별 분할 정보를 이용하여 분할 정보가 '0'인 심도를 부호화 심도로 파악하고, 해당 심도에 대한 부호화 모드에 관한 정보를 이용하여 복호화에 이용할 수 있다.
도 10, 11 및 12는 본 발명의 일 실시예에 따른, 부호화 단위, 예측 단위 및 주파수 변환 단위의 관계를 도시한다.
부호화 단위(1010)는, 최대 부호화 단위에 대해 일 실시예에 따른 비디오 부호화 장치(100)가 결정한 부호화 심도별 부호화 단위들이다. 예측 단위(1060)는 부호화 단위(1010) 중 각각의 부호화 심도별 부호화 단위의 예측 단위들의 파티션들이며, 변환 단위(1070)는 각각의 부호화 심도별 부호화 단위의 변환 단위들이다.
심도별 부호화 단위들(1010)은 최대 부호화 단위의 심도가 0이라고 하면, 부호화 단위들(1012, 1054)은 심도가 1, 부호화 단위들(1014, 1016, 1018, 1028, 1050, 1052)은 심도가 2, 부호화 단위들(1020, 1022, 1024, 1026, 1030, 1032, 1048)은 심도가 3, 부호화 단위들(1040, 1042, 1044, 1046)은 심도가 4이다.
예측 단위들(1060) 중 일부 파티션(1014, 1016, 1022, 1032, 1048, 1050, 1052, 1054)는 부호화 단위가 분할된 형태이다. 즉, 파티션(1014, 1022, 1050, 1054)은 2NxN의 파티션 타입이며, 파티션(1016, 1048, 1052)은 Nx2N의 파티션 타입, 파티션(1032)은 NxN의 파티션 타입이다. 심도별 부호화 단위들(1010)의 예측 단위 및 파티션들은 각각의 부호화 단위보다 작거나 같다.
변환 단위들(1070) 중 일부(1052)의 영상 데이터에 대해서는 부호화 단위에 비해 작은 크기의 데이터 단위로 주파수 변환 또는 주파수 역변환이 수행된다. 또한, 변환 단위(1014, 1016, 1022, 1032, 1048, 1050, 1052, 1054)는 예측 단위들(1060) 중 해당 예측 단위 및 파티션와 비교해보면, 서로 다른 크기 또는 형태의 데이터 단위이다. 즉, 일 실시예에 따른 비디오 부호화 장치(100) 및 일 실시예에 다른 비디오 복호화 장치(200)는 동일한 부호화 단위에 대한 인트라 예측/움직임 추정/움직임 보상 작업, 및 주파수 변환/역변환 작업이라 할지라도, 각각 별개의 데이터 단위를 기반으로 수행할 수 있다.
이에 따라, 최대 부호화 단위마다, 영역별로 계층적인 구조의 부호화 단위들마다 재귀적으로 부호화가 수행되어 최적 부호화 단위가 결정됨으로써, 재귀적 트리 구조에 따른 부호화 단위들이 구성될 수 있다.부호화 정보는 부호화 단위에 대한 분할 정보, 파티션 타입 정보, 예측 모드 정보, 변환 단위 크기 정보를 포함할 수 있다. 이하 표 1은, 일 실시예에 따른 비디오 부호화 장치(100) 및 일 실시예에 따른 비디오 복호화 장치(200)에서 설정할 수 있는 일례를 나타낸다.
표 1
분할 정보 0 (현재 심도 d의 크기 2Nx2N의 부호화 단위에 대한 부호화) 분할 정보 1
예측 모드 파티션 타입 변환 단위 크기 하위 심도 d+1의 부호화 단위들마다 반복적 부호화
인트라 인터스킵 (2Nx2N만) 대칭형 파티션 타입 비대칭형 파티션 타입 변환 단위 분할 정보 0 변환 단위 분할 정보 1
2Nx2N2NxNNx2NNxN 2NxnU2NxnDnLx2NnRx2N 2Nx2N NxN (대칭형 파티션 타입) N/2xN/2 (비대칭형 파티션 타입)
일 실시예에 따른 비디오 부호화 장치(100)의 출력부(130)는 트리 구조에 따른 부호화 단위들에 대한 부호화 정보를 출력하고, 일 실시예에 따른 비디오 복호화 장치(200)의 부호화 정보 추출부(220)는 수신된 비트스트림으로부터 트리 구조에 따른 부호화 단위들에 대한 부호화 정보를 추출할 수 있다.
분할 정보는 현재 부호화 단위가 하위 심도의 부호화 단위들로 분할되는지 여부를 나타낸다. 현재 심도 d의 분할 정보가 0이라면, 현재 부호화 단위가 현재 부호화 단위가 하위 부호화 단위로 더 이상 분할되지 않는 심도가 부호화 심도이므로, 부호화 심도에 대해서 파티션 타입 정보, 예측 모드, 변환 단위 크기 정보가 정의될 수 있다. 분할 정보에 따라 한 단계 더 분할되어야 하는 경우에는, 분할된 4개의 하위 심도의 부호화 단위마다 독립적으로 부호화가 수행되어야 한다.
예측 모드는, 인트라 모드, 인터 모드 및 스킵 모드 중 하나로 나타낼 수 있다. 인트라 모드 및 인터 모드는 모든 파티션 타입에서 정의될 수 있으며, 스킵 모드는 파티션 타입 2Nx2N에서만 정의될 수 있다.
파티션 타입 정보는, 예측 단위의 높이 또는 너비가 대칭적 비율로 분할된 대칭적 파티션 타입 2Nx2N, 2NxN, Nx2N 및 NxN 과, 비대칭적 비율로 분할된 비대칭적 파티션 타입 2NxnU, 2NxnD, nLx2N, nRx2N를 나타낼 수 있다. 비대칭적 파티션 타입 2NxnU 및 2NxnD는 각각 높이가 1:3 및 3:1로 분할된 형태이며, 비대칭적 파티션 타입 nLx2N 및 nRx2N은 각각 너비가 1:3 및 3:1로 분할된 형태를 나타낸다.
변환 단위 크기는 인트라 모드에서 두 종류의 크기, 인터 모드에서 두 종류의 크기로 설정될 수 있다. 즉, 변환 단위 분할 정보가 0 이라면, 변환 단위의 크기가 현재 부호화 단위의 크기 2Nx2N로 설정된다. 변환 단위 분할 정보가 1이라면, 현재 부호화 단위가 분할된 크기의 변환 단위가 설정될 수 있다. 또한 크기 2Nx2N인 현재 부호화 단위에 대한 파티션 타입이 대칭형 파티션 타입이라면 변환 단위의 크기는 NxN, 비대칭형 파티션 타입이라면 N/2xN/2로 설정될 수 있다.
일 실시예에 따른 트리 구조에 따른 부호화 단위들의 부호화 정보는, 부호화 심도의 부호화 단위, 예측 단위 및 최소 단위 단위 중 적어도 하나에 대해 할당될 수 있다. 부호화 심도의 부호화 단위는 동일한 부호화 정보를 보유하고 있는 예측 단위 및 최소 단위를 하나 이상 포함할 수 있다.
따라서, 인접한 데이터 단위들끼리 각각 보유하고 있는 부호화 정보들을 확인하면, 동일한 부호화 심도의 부호화 단위에 포함되는지 여부가 확인될 수 있다. 또한, 데이터 단위가 보유하고 있는 부호화 정보를 이용하면 해당 부호화 심도의 부호화 단위를 확인할 수 있으므로, 최대 부호화 단위 내의 부호화 심도들의 분포가 유추될 수 있다.
따라서 이 경우 현재 부호화 단위가 주변 데이터 단위를 참조하여 예측하기 경우, 현재 부호화 단위에 인접하는 심도별 부호화 단위 내의 데이터 단위의 부호화 정보가 직접 참조되어 이용될 수 있다.
또 다른 실시예로, 현재 부호화 단위가 주변 부호화 단위를 참조하여 예측 부호화가 수행되는 경우, 인접하는 심도별 부호화 단위의 부호화 정보를 이용하여, 심도별 부호화 단위 내에서 현재 부호화 단위에 인접하는 데이터가 검색됨으로써 주변 부호화 단위가 참조될 수도 있다.
도 13 은 표 1의 부호화 모드 정보에 따른 부호화 단위, 예측 단위 및 변환 단위의 관계를 도시한다.
최대 부호화 단위(1300)는 부호화 심도의 부호화 단위들(1302, 1304, 1306, 1312, 1314, 1316, 1318)을 포함한다. 이 중 하나의 부호화 단위(1318)는 부호화 심도의 부호화 단위이므로 분할 정보가 0으로 설정될 수 있다. 크기 2Nx2N의 부호화 단위(1318)의 파티션 타입 정보는, 파티션 타입 2Nx2N(1322), 2NxN(1324), Nx2N(1326), NxN(1328), 2NxnU(1332), 2NxnD(1334), nLx2N(1336) 및 nRx2N(1338) 중 하나로 설정될 수 있다.
파티션 타입 정보가 대칭형 파티션 타입 2Nx2N(1322), 2NxN(1324), Nx2N(1326) 및 NxN(1328) 중 하나로 설정되어 있는 경우, 변환 단위 분할 정보(TU size flag)가 0이면 크기 2Nx2N의 변환 단위(1342)가 설정되고, 변환 단위 분할 정보가 1이면 크기 NxN의 변환 단위(1344)가 설정될 수 있다.
파티션 타입 정보가 비대칭형 파티션 타입 2NxnU(1332), 2NxnD(1334), nLx2N(1336) 및 nRx2N(1338) 중 하나로 설정된 경우, 변환 단위 분할 정보(TU size flag)가 0이면 크기 2Nx2N의 변환 단위(1352)가 설정되고, 변환 단위 분할 정보가 1이면 크기 N/2xN/2의 변환 단위(1354)가 설정될 수 있다.
이하, 도 4의 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 부호화 장치(100)의 움직임 보상부(425) 및 도 5의 영상 복호화 장치(200)의 움직임 보상부(560)에서 수행되는 움직임 보상 과정에 대하여 구체적으로 설명한다. 이하의 설명에서, 전술한 예측 단위는 블록이라 지칭하기로 한다.
종래의 움직임 예측 및 보상 방식은 일정한 크기의 사각형 블록, 예를 들어 16x16 크기의 매크로 블록을 이용하여 참조 프레임에서 현재 부호화되는 매크로 블록과 가장 유사한 영역을 선택하여 예측값을 생성하는 블록 매칭 알고리즘을 이용하고 있다. 예를 들어, 종래의 양방향 움직임 예측 및 보상 방식은 이전 프레임 P0 및 다음 프레임 P1에서 부호화되는 현재 블록과 가장 유사한 영역을 검색하고, 이전 프레임 P0에서 검색된 영역과 다음 프레임 P1에서 검색된 영역의 대응되는 픽셀의 평균값 등을 이용하여 현재 블록의 예측값을 생성한다. 이러한 종래의 블록 기반 움직임 예측 및 보상 방식은 대부분의 비디오 시퀀스에서 비교적 정확하게 움직임을 검색할 수 있지만, 블록 전체를 기준으로 예측 및 보상을 수행하기 때문에 블록 내부에 작은 움직이는 부분이 있는 경우 이러한 작은 움직이는 부분을 효율적으로 예측하기 어렵다. 그러나, 이러한 블록 내부의 작은 움직임을 예측하기 위하여 픽셀 단위로 움직임 예측 및 보상을 수행하는 것은 각 픽셀의 움직임 벡터 정보를 부호화하는데 요구되는 비트량을 과도하게 증가시키므로 비효율적이다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 부호화 방법은 움직임 정보를 부호화하는데 요구되는 비트량의 큰 증가없이 블록 기반으로 양방향 움직임 예측 및 보상된 결과에 기초하여 픽셀 단위로 양방향 움직임 보상을 부가적으로 수행하는 방법을 제공한다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 움직임 보상부의 구성을 나타낸 블록도이다. 도 14의 움직임 보상부(1400)는 도 4의 영상 부호화 장치(100)의 움직임 보상부(425)에 대응된다.
도 14를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 움직임 보상부(1400)는 블록 단위 움직임 보상부(1410), 픽셀 단위 움직임 보상부(1420) 및 예측값 생성부(1430)를 포함한다.
블록 단위 움직임 보상부(1410)는 도 4의 움직임 추정부(420)에서 결정된 양방향 움직임 벡터들을 이용하여 부호화되는 현재 블록에 대한 블록 단위 양방향 움직임 보상을 수행한다.
픽셀 단위 움직임 보상부(1420)는 양방향 움직임 벡터들이 가리키는 참조 픽처들의 픽셀들을 이용하여 블록 단위로 양방향 움직임 보상된 현재 블록의 각 픽셀에 대한 픽셀 단위 움직임 보상을 부가적으로 수행한다.
예측값 생성부(1430)는 블록 단위 양방향 움직임 보상 결과와 픽셀 단위 움직임 보상 결과를 이용하여 현재 블록에 대한 최종적인 양방향 움직임 예측값을 생성한다. 이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 블록 단위 양방향 움직임 예측 및 보상 과정과 픽셀 단위 양방향 움직임 보상 과정에 대하여 구체적으로 설명한다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 블록 기반 양방향 움직임 예측 및 보상 과정을 설명하기 위한 참조도이다.
도 4 및 도 15를 참조하면, 움직임 추정부(420)는 제 1 참조 픽처(1510) 및 제 2 참조 픽처(1520)에서 현재 픽처(1500)의 부호화되는 현재 블록(1501)과 가장 유사한 영역을 검색하는 양방향 움직임 예측을 수행한다. 여기서, 제 1 참조 픽처(1510)는 현재 픽처(1500) 이전의 픽처이며, 제 2 참조 픽처(1520)는 현재 픽처(1500) 이후의 픽처라고 가정한다. 움직임 추정부(420)는 양방향 움직임 예측 결과, 제 1 참조 픽처(1510)에서 현재 블록(1501)과 가장 유사한 제 1 대응 영역(1512) 및 제 2 참조 픽처(1520)에서 현재 블록(1501)과 가장 유사한 제 2 대응 영역(1522)를 결정한다. 그리고, 움직임 추정부(420)는 제 1 참조 픽처(1510)의 현재 블록(1501)과 동일한 위치의 블록(1511)과 제 1 대응 영역(1512)의 위치 차이에 기초하여 제 1 움직임 벡터(MV1)을 결정하고, 제 2 참조 픽처(1520)의 현재 블록(1501)과 동일한 위치의 블록(1521)과 제 2 대응 영역(1522)의 위치 차이에 기초하여 제 2 움직임 벡터(MV2)를 결정한다.
블록 단위 움직임 보상부(1410)는 제 1 움직임 벡터(MV1) 및 제 2 움직임 벡터(MV2)를 이용하여 현재 블록(1501)에 대한 블록 단위 양방향 움직임 보상을 수행한다. 일 예로, (i,j)(i,j는 정수)에 위치한 제 1 참조 픽처(1510)의 픽셀값을 P0(i,j), (i,j)에 위치한 제 2 참조 픽처(1520)의 픽셀값을 P1(i,j), MV1=(MVx1,MVy1), MV2=(MVx2, MVy2)라고 하면, 현재 블록(1501)의 (i,j) 위치 픽셀의 블록 단위 양방향 움직임 보상값 P_BiPredBlock(i,j)는 다음의 수학식; P_BiPredBlock(i,j)={P0(i+MVx1, j+MVy1)+P1(i+MVx2, j+MVy2)}/2 와 같이 계산될 수 있다. 이와 같이, 블록 단위 움직임 보상부(1410)는 제 1 움직임 벡터(MV1) 및 제 2 움직임 벡터(MV2)가 가리키는 제 1 대응 영역(1512) 및 제 2 대응 영역(1522)의 픽셀들의 평균값이나 가중합을 이용하여 현재 블록(1501)에 대한 블록 단위 움직임 보상을 수행한다.
픽셀 단위 움직임 보상부(1420)는 제 1 참조 픽처(1510) 및 제 2 참조 픽처(1520)의 픽셀들의 옵티컬 플로우(optical flow)에 기초하여 현재 블록(1501)에 대한 픽셀 단위 움직임 보상을 수행한다.
옵티컬 플로우는 관찰자(눈 또는 카메라) 및 장면(scene) 사이의 상대적인 움직임에 의하여 유발되는 객체, 표면의 외관상 움직임의 패턴(pattern of apprarent motion)을 의미한다. 비디오 시퀀스에서, 옵티컬 플로우는 임의의 시간 t 및 t+△t 에서 획득된 프레임 사이의 움직임을 계산함으로써 표현될 수 있다. t 시간 프레임의 (x,y)에 위치한 픽셀값을 I(x,y,t)라고 정의한다. 즉, I(x,y,t)는 시공간적으로 변화되는 값이다. I(x,y,t)를 시간 t에 관하여 미분하면 다음의 수학식 1과 같다.
수학식 1
Figure PCTKR2011002426-appb-M000001
만약, 블록 내의 작은 움직임 부분에 대해서 움직임에 의한 픽셀값의 변화는 존재하지만, 시간에 따라서 픽셀값이 변하지 않는다고 가정하면, dI/dt는 0이다. 또한, dx/dt를 픽셀값 I(x,y,t)의 x축 방향의 변위 벡터 Vx, dy/dt를 픽셀값 I(x,y,t)의 y축 방향의 변위 벡터 Vy라고 정의한다면 수학식 1은 다음의 수학식 2와 같이 표현될 수 있다.
수학식 2
Figure PCTKR2011002426-appb-M000002
여기서, x축 방향의 변위 벡터 Vx, y축 방향의 변위 벡터 Vy의 크기는 양방향 움직임 예측에 이용된 픽셀 정확도(pixel accuracy)보다 작은 값인 것이 바람직하다. 예를 들어, 양방향 움직임 예측시 1/4 픽셀 정확도를 갖는다고 하였을 때, Vx 및 Vy의 크기는 1/4 보다 작은 값을 갖는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에 따른 픽셀 단위 움직임 보상부(1420)는 수학식 2에 따른 x축 방향의 변위 벡터 Vx, y축 방향의 변위 벡터 Vy를 계산하고, 이러한 변위 벡터 Vx 및 Vy를 이용하여 픽셀 단위로 움직임 보상을 수행한다. 수학식 2에서 픽셀값 I(x,y,t)는 원신호의 값이기 때문에 원신호의 값을 그대로 이용하는 것은 부호화시에 많은 오버헤드를 유발할 수 있다. 따라서, 픽셀 단위 움직임 보상부(1420)는 블록 단위로 양방향 움직임 예측 결과 결정된 제 1 참조 픽처 및 제 2 참조 픽처의 픽셀들을 이용하여 수학식 2에 따른 변위 벡터 Vx 및 Vy를 계산한다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 픽셀 단위 움직임 보상을 수행하는 과정을 설명하기 위한 참조도이다.
도 16에서, 제 1 대응 영역(1610) 및 제 2 대응 영역(1620)은 도 15의 제 1 대응 영역(1512) 및 제 2 대응 영역(1522)와 대응되는 것으로, 현재 블록(1600)에 오버랩되도록 양방향 움직임 벡터(MV1, MV2)를 이용하여 쉬프트된 것으로 가정한다. 또한, 현재 블록(1600)의 양방향 예측되는 (i,j)(i,j는 정수) 위치의 픽셀을 P(i,j), 현재 블록(1600)의 양방향 예측되는 픽셀 P(i,j)과 대응되는 제 1 참조 픽처의 제 1 대응 픽셀의 픽셀값을 P0(i,j), 현재 블록(1600)의 양방향 예측되는 픽셀 P(i,j)과 대응되는 제 2 참조 픽처의 제 2 대응 픽셀의 픽셀값을 P1(i,j)이라고 정의한다. 다시 말해서, 제 1 대응 픽셀의 픽셀값 P0(i,j)은 제 1 참조 픽처를 가리키는 양방향 움직임 벡터 MV1에 의하여 결정된 현재 블록(1600)의 픽셀 P(i,j)에 대응되는 픽셀이며, 제 2 대응 픽셀의 픽셀값 P1(i,j)은 제 2 참조 픽처를 가리키는 양방향 움직임 벡터 MV2에 의하여 결정된 현재 블록(1600)의 픽셀 P(i,j)에 대응되는 픽셀이다.
또한, 제 1 대응 픽셀의 수평 방향 경사도값(Gradient)을 GradX0(i,j), 수직 방향 경사도값을 GradY0(i,j), 제 2 대응 픽셀의 수평 방향 경사도값을 GradX1(i,j), 수직 방향 경사도값을 GradY1(i,j)라고 정의한다. 또한, 현재 블록(1600)이 속하는 현재 픽처와 제 1 대응 영역(1610)이 속하는 제 1 참조 픽처 사이의 시간적 거리를 d0, 현재 픽처와 제 2 대응 영역(1620)이 속하는 제 2 참조 픽처 사이의 시간적 거리를 d1이라고 정의한다.
d0 및 d1을 1이라고 가정하면, 수학식 2에서
Figure PCTKR2011002426-appb-I000001
는 다음의 수학식 3과 같이 제 1 대응 픽셀의 픽셀값 P0(i,j)과 제 2 대응 픽셀의 픽셀값 P1(i,j)의 시간에 따른 변화량으로 근사화할 수 있다.
수학식 3
Figure PCTKR2011002426-appb-M000003
수학식 2에서 경사도값
Figure PCTKR2011002426-appb-I000002
및
Figure PCTKR2011002426-appb-I000003
는 각각 다음의 수학식 4 및 5와 같이 제 1 대응 픽셀과 제 2 대응 픽셀의 수평 방향 경사도값의 평균값과, 제 1 대응 픽셀과 제 2 대응 픽셀의 수직 방향 경사도값의 평균값으로 근사화될 수 있다.
수학식 4
Figure PCTKR2011002426-appb-M000004
수학식 5
Figure PCTKR2011002426-appb-M000005
수학식 3 내지 5를 이용하여 수학식 2는 다음의 수학식 6과 같이 정리될 수 있다.
수학식 6
Figure PCTKR2011002426-appb-M000006
수학식 6에서, x축 방향의 변위 벡터 Vx, y축 방향의 변위 벡터 Vy는 현재 픽셀 P(i,j)의 위치에 따라서 변화될 수 있기 때문에, 즉 (i,j)에 종속적이므로 Vx(i,j), Vy(i,j)와 같이 표현될 수 있다.
한편, 도 16에서 비디오 시퀀스에서 일정한 작은 움직임이 있다고 가정하면, 픽셀 단위로 양방향 움직임 보상되는 현재 픽셀 P(i,j)과 가장 유사한 제 1 참조 픽처의 제 1 대응 영역(1610)의 픽셀은 제 1 대응 픽셀 P0(i,j)가 아니라, 제 1 대응 픽셀 P0(i,j)를 소정의 변위 벡터 Vd 만큼 이동시킨 제 1 변위 대응 픽셀 PA라고 가정한다. 전술한 바와 같이 비디오 시퀀스에서 일정한 움직임이 있다고 가정하였으므로, 제 2 참조 픽처의 제 2 대응 영역(1620)에서 현재 픽셀 P(i,j)와 가장 유사한 픽셀은 제 2 대응 픽셀 P1(i,j)를 -Vd 만큼 이동시킨 제 2 변위 대응 픽셀 PB라고 추정할 수 있다. 변위 벡터 Vd는 전술한 x축 방향의 변위 벡터 Vx, y축 방향의 변위 벡터 Vy로 구성되어 Vd=(Vx, Vy)와 같다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 픽셀 단위 움직임 보상부(1420)는 이러한 변위 벡터 Vd를 구성하는 x축 방향의 변위 벡터 Vx, y축 방향의 변위 벡터 Vy를 계산하고, 이를 이용하여 블록 단위로 양방향 움직임 보상된 값을 다시 픽셀 단위로 움직임 보상한다.
제 1 변위 대응 픽셀 PA 및 제 2 변위 대응 픽셀 PB의 값은, x축 방향의 변위 벡터 Vx, y축 방향의 변위 벡터 Vy와, 제 1 대응 픽셀의 수평 방향 경사도값 GradX0(i,j), 수직 방향 경사도값 GradY0(i,j), 제 2 대응 픽셀의 수평 방향 경사도값 GradX1(i,j), 수직 방향 경사도값 GradY1(i,j)을 이용하여 다음의 수학식 7 및 8과 같이 정의될 수 있다.
수학식 7
Figure PCTKR2011002426-appb-M000007
수학식 8
Figure PCTKR2011002426-appb-M000008
제 1 변위 대응 픽셀 PA 및 제 2 변위 대응 픽셀 PB의 차이값을 △ij라고 정의하면, △ij는 다음의 수학식 9와 같다.
수학식 9
Figure PCTKR2011002426-appb-M000009
수학식 6과 수학식 9를 비교하면, 수학식 6은 △ij가 0인 경우, 즉 제 1 변위 대응 픽셀 PA 및 제 2 변위 대응 픽셀 PB의 값이 동일한 경우를 의미한다.
픽셀 단위 움직임 보상부(1420)는 수학식 7 및 8의 제 1 변위 대응 픽셀 PA 및 제 2 변위 대응 픽셀 PB의 값의 평균값이나 가중합을 이용하여 픽셀 단위로 움직임 보상을 수행하는데, 이러한 수학식 7 및 8을 계산하기 위해서는 x축 방향의 변위 벡터 Vx, y축 방향의 변위 벡터 Vy와, 제 1 대응 픽셀의 수평 방향 경사도값 GradX0(i,j), 수직 방향 경사도값 GradY0(i,j), 제 2 대응 픽셀의 수평 방향 경사도값 GradX1(i,j), 수직 방향 경사도값 GradY1(i,j)을 결정하여야 한다. 후술되는 바와 같이, 각 대응 픽셀의 경사도값은 제 1 대응 픽셀 및 제 2 대응 픽셀의 수평 및 수직 방향으로 분수 픽셀 위치에서의 픽셀값의 변화량을 계산함으로써 결정되거나, 소정의 필터를 이용하여 계산될 수 있다.
먼저, x축 방향의 변위 벡터 Vx, y축 방향의 변위 벡터 Vy를 결정하는 과정에 대하여 설명한다.
픽셀 단위 움직임 보상부(1420)는 양방향 움직임 보상되는 현재 픽셀 P(i,j)을 중심으로 주변의 픽셀들을 포함하는 소정 크기의 윈도우(Ωij)(1602) 내에서 △ij가 최소가 되도록 하는 x축 방향의 변위 벡터 Vx, y축 방향의 변위 벡터 Vy를 결정한다. △ij가 0인 경우가 가장 바람직하지만, 윈도우(Ωij)(1602) 내의 모든 픽셀에 대해서 △ij가 0인 경우를 만족시키는 x축 방향의 변위 벡터 Vx, y축 방향의 변위 벡터 Vy가 존재하지 않을 수 있기 때문에, △ij가 최소가 되도록 하는 x축 방향의 변위 벡터 Vx, y축 방향의 변위 벡터 Vy가 결정된다.
도 20은 본 발명의 일 실시예에 따라서 수평 방향 변위 벡터 및 수직 방향 변이 벡터를 결정하는 과정을 설명하기 위한 참조도이다.
도 20을 참조하면, 소정 크기의 윈도우(Ωij)(2000)는 현재 블록의 양방향 예측되는 픽셀 P(i,j)을 중심으로 한 (2M+1)*(2N+1)(M, N은 정수)의 크기를 갖는다.
윈도우 내의 양방향 예측되는 현재 블록의 픽셀을 P(i',j')( i-M≤i'≤i+M 이고, j-M≤j'≤j+M인 경우 (i',j')∈Ωij), 현재 블록의 양방향 예측되는 픽셀 P(i',j')과 대응되는 제 1 참조 픽처(2010)의 제 1 대응 픽셀의 픽셀값을 P0(i',j'), 현재 블록의 양방향 예측되는 픽셀 P(i',j')과 대응되는 제 2 참조 픽처(2020)의 제 2 대응 픽셀의 픽셀값을 P1(i',j'), 제 1 대응 픽셀의 수평 방향 경사도값을 GradX0(i',j'), 수직 방향 경사도값을 GradY0(i',j'), 제 2 대응 픽셀의 수평 방향 경사도값을 GradX1(i',j'), 수직 방향 경사도값을 GradY1(i',j')라고 하면, 제 1 변위 대응 픽셀 PA'는 다음의 수학식; P0(i',j')+Vx*GradX0(i',j')+Vy*GradY0(i',j')의 값을 가지며, 제 2 변위 대응 픽셀 PB'는 다음의 수학식; P1(i',j')-Vx*GradX1(i',j')-Vy*GradY1(i',j')의 값을 갖는다.
제 1 변위 대응 픽셀 PA'와 제 2 변위 대응 픽셀 PB'의 차이값 △i'j'이 최소가 되도록 하는 x축 방향의 변위 벡터 Vx, y축 방향의 변위 벡터 Vy는, 다음의 수학식 10과 같이 차이값 △i'j'의 제곱합인 Φ(Vx,Vy)의 극대값 또는 극소값을 이용하여 결정될 수 있다.
수학식 10
Figure PCTKR2011002426-appb-M000010
Φ(Vx,Vy)은 Vx, Vy를 매개변수로 하는 함수로써, 극대값 또는 극소값은 다음의 수학식 11 및 12와 같이 Φ(Vx,Vy)을 Vx 및 Vy에 대하여 편미분하여 0이 되는 값을 계산함으로써 결정될 수 있다.
수학식 11
Figure PCTKR2011002426-appb-M000011
수학식 12
Figure PCTKR2011002426-appb-M000012
수학식 11 및 12로부터 다음 수학식 13과 같이 Vx(i,j) 및 Vy(i,j)를 변수로 하는 2개의 선형 방정식을 획득할 수 있다.
수학식 13
Figure PCTKR2011002426-appb-M000013
수학식 13에서 s1 내지 s6는 다음의 수학식 14와 같다.
수학식 14
Figure PCTKR2011002426-appb-M000014
수학식 13의 연립 방정식을 풀면 크레이머 공식(kramer's formulas)에 따라서 Vx(i,j)=det1/det, Vy(i,j)=det2/det와 같이 Vx(i,j) 및 Vy(i,j)의 값을 풀 수 있다. 여기서, det1=s3*s5-s2*s6, det2=s1*s6-s3*s4, det=s1*s5-s2*s4이다.
다시 도 14를 참조하면, 예측값 생성부(1430)는 블록 단위 양방향 움직임 보상값과 픽셀 단위 움직임 보상값을 가산하여 양방향 움직임 예측값을 생성한다. 구체적으로, 현재 블록의 (i,j) 위치의 픽셀에 대한 양방향 움직임 예측값을 P_OpticalFlow(i,j), 현재 블록의 (i,j) 위치의 픽셀에 대응되는 제 1 참조 픽처의 제 1 대응 픽셀의 픽셀값을 P0(i,j), 현재 블록의 (i,j) 위치의 픽셀에 대응되는 제 1 참조 픽처의 제 1 대응 픽셀의 픽셀값을 P0(i,j), 제 1 참조 픽처의 제 1 대응 픽셀의 수평 경사도값을 GradX0(i,j), 수직 방향 경사도값을 GradY0(i,j), 현재 블록의 (i,j) 위치의 픽셀에 대응되는 제 2 참조 픽처의 제 2 대응 픽셀의 픽셀값을 P1(i,j), 제 2 참조 픽처의 제 2 대응 픽셀의 수평 경사도값을 GradX1(i,j), 수직 방향 경사도값을 GradY1(i,j), 수평 방향 변위 벡터를 Vx, 및 수직 방향 변위 벡터를 Vy라고 하면, 예측값 생성부(1430)는 다음의 수학식 15과 같이 양방향 움직임 예측값을 생성한다.
수학식 15
Figure PCTKR2011002426-appb-M000015
수학식 15에서 (P0(i,j)+P1(i,j))/2 는 블록 단위 양방향 움직임 보상값에 해당하며, (Vx*(GradX0(i,j)-GradX1(i,j))+Vy*(GradY0(i,j)-GradY1(i,j)))/2는 본 발명의 일 실시예에 따라서 계산된 픽셀 단위 움직임 보상값에 대응된다.
수학식 15는 픽셀 단위 움직임 보상값에 소정의 가중치 α를 곱하여 다음의 수학식 16과 같이 변경될 수 있다.
수학식 16
Figure PCTKR2011002426-appb-M000016
가중치 α는 1보다 작은 값으로써, α=0.56±0.05인 것이 바람직하다.
한편, 전술한 수학식 13은 현재 픽처와 제 1 참조 픽처 사이의 시간적 거리 d0 및 현재 픽처와 제 2 참조 픽처 사이의 시간적 거리 d1이 모두 1인 경우를 가정하여 계산된 것이다. 만약 d0 및 d1이 1이 아닌 경우, 변위 벡터 Vd의 크기는 d0 및 d1에 반비례하게 스케일링 되어야 한다. 즉, 제 1 대응 픽셀에서 제 1 변위 대응 픽셀을 가리키는 제 1 참조 픽처의 변위 벡터를 (Vx0, Vy0), 제 2 대응 픽셀에서 제 2 변위 대응 픽셀을 가리키는 제 2 참조 픽처의 변위 벡터를 (Vx1, Vy1)이라고 하면, d0*Vx1=-d1*Vx0 및 d0*Vy1=-d1*Vy0이다. d=d1/d0 라고 하고, 함수 Φ(Vx,Vy)을 Vx 및 Vy에 대하여 편미분하여 극대값 및 극소값을 계산함으로써 Vx 및 Vy를 계산할 수 있다. 전술한 바와 같이 Vx(i,j)=det1/det, Vy(i,j)=det2/det이며, det1=s3*s5-s2*s6, det2=s1*s6-s3*s4, det=s1*s5-s2*s4이다. 여기서, s1 내지 s6의 값은 다음의 수학식 17과 같다.
수학식 17
Figure PCTKR2011002426-appb-M000017
또한, 현재 픽처와 제 1 참조 픽처 사이의 시간적 거리 d0 및 현재 픽처와 제 2 참조 픽처 사이의 시간적 거리 d1이 1이 아닌 경우, 수학식 16은 다음의 수학식 18과 같이 변경되며, 예측값 생성부(1430)은 수학식 18에 따라 양방향 움직임 보상값을 생성한다.
수학식 18
Figure PCTKR2011002426-appb-M000018
한편, 전술한 수학식 2의 옵티컬 플로우는 시간에 따른 픽셀값의 변화가 0라는 가정에 기반한 것이지만, 시간에 따라서 픽셀값이 변화될 수 있다. 이러한 시간에 따른 픽셀값의 변화를 q라고 하면 수학식 2는 다음의 수학식 19와 같이 변경된다.
수학식 19
Figure PCTKR2011002426-appb-M000019
여기서 q는 제 1 대응 영역과 제 2 대응 영역의 픽셀값의 차이의 평균을 의미하는 것으로 다음의 수학식 20과 같이 계산될 수 있다.
수학식 20
Figure PCTKR2011002426-appb-M000020
Hor_block_size는 현재 블록의 수평 방향 크기, ver_block_size는 현재 블록의 수직 방향 크기를 의미한다. 전술한 수학식 6 내지 18에서 P1(i,j) 대신에 픽셀값의 변화량 q를 고려한 P1(i,j)-q 값을 이용하여 Vx, Vy를 구해보면, Vx(i,j)=det1/det, Vy(i,j)=det2/det이며, det1=s3*s5-s2*s6, det2=s1*s6-s3*s4, det=s1*s5-s2*s4이다. 여기서, s1 내지 s6의 값은 다음의 수학식 21과 같다.
수학식 21
Figure PCTKR2011002426-appb-M000021
이 경우에도 예측값 생성부(1430)은 전술한 수학식 18에 따라 양방향 움직임 보상값을 생성할 수 있다.
한편, 전술한 바와 같이 수평 및 수직 방향 경사도값은 제 1 대응 픽셀 및 제 2 대응 픽셀의 수평 및 수직 방향으로 분수 픽셀 위치에서의 픽셀값의 변화량을 계산하거나, 소정의 필터를 이용하여 계산될 수 있다.
도 17은 본 발명의 일 실시예에 따라서 수평 및 수직 방향 경사도값을 계산하는 과정을 설명하기 위한 참조도이다. 도 17을 참조하면, 제 1 참조 픽처의 제 1 대응 픽셀 P0(i,j)(1710)의 수평 경사도값 GradX0(i,j) 및 수직 경사도값 GradY0(i,j)는 제 1 대응 픽셀 P0(i,j)(1710)과 수평 방향으로 인접한 주변 분수 픽셀 위치에서의 픽셀값의 변화량과 수직 방향으로 인접한 주변 분수 픽셀 위치에서의 픽셀값의 변화량을 구함으로써 계산될 수 있다. 즉, 다음의 수학식 22와 같이 P0(i,j)로부터 수평방향으로 h(h는 1보다 작은 분수값)만큼 떨어진 분수 픽셀 P0(i-h,j)(1760) 및 분수 픽셀 P0(i+h,j)(1770)의 픽셀값의 변화량을 계산하여 수평 경사도값 GradX0(i,j)를 계산하고, 수직 방향으로 h만큼 떨어진 분수 픽셀 P0(i,j-h)(1780) 및 분수 픽셀 P0(i, j+h)(1790)의 픽셀값의 변화량을 계산하여 수직 경사도값 GradY0(i,j)를 계산할 수 있다.
수학식 22
Figure PCTKR2011002426-appb-M000022
분수 픽셀 P0(i-h,j)(1760), P0(i+h,j)(1770), P0(i,j-h)(1780) 및 P0(i, j+h)(1790)의 값은 일반적인 보간 방식을 이용하여 계산될 수 있다. 또한, 다른 제 2 참조 픽처의 제 2 대응 픽셀의 경사도값 역시 수학식 22와 유사하게 계산될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 수학식 22과 같이 분수 픽셀 위치에서의 픽셀값의 변화량을 계산하여 경사도값을 계산하는 대신에 소정의 필터를 이용하여 각 대응 픽셀에서의 경사도값을 계산할 수 있다.
도 18은 본 발명의 다른 실시예에 따라서 수평 및 수직 방향 경사도값을 계산하는 과정을 설명하기 위한 참조도이며, 도 19는 본 발명의 다른 실시예에 따른 경사도값 계산 필터의 필터 계수를 나타낸 표이다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 경사도값은 참조 픽처의 픽셀들에 소정의 필터를 적용하여 결정될 수 있다. 도 18을 참조하면, 현재 수평 경사도값을 구하고자 하는 대응 픽셀 P0(1800)을 중심으로 좌측으로 M개의 픽셀들(1820) 및 우측으로 M개의 픽셀들(1810)에 소정의 필터를 적용하여 P0(1800)의 수평 경사도값을 계산할 수 있다. 이 때, 이용되는 필터 계수는 도 19에 도시된 바와 같이 윈도우 크기를 결정하는데 이용되는 M 값 및 정수 픽셀 사이의 보간 위치를 나타내는 α값에 따라서 결정될 수 있다. 일 예로, 윈도우 크기를 결정하는 2M=4이며, 대응 픽셀 P0(1800)으로부터 1/4만큼 떨어진, 즉 α=1/4인 경우에는 도 19의 2번째 행의 필터 계수들 {-8. -36. 54, -10}이 주변 픽셀 P-2, P-1, P1, P2에 적용된다. 이 경우, 대응 픽셀(1800)의 수평 방향 경사도값 GradX0는 다음의 수학식; GradX0= -8*P-2, -36*P-1+54*P1 -10*P2 +128>>8 과 같이 필터 계수와 주변 픽셀을 이용한 가중합으로써 계산될 수 있다. 유사하게 수직 방향 경사도값 역시 윈도우 크기 2N 및 보간 위치에 따라서 도 19에 도시된 필터 계수들을 주변 픽셀에 적용함으로써 계산될 수 있다. 이 경우 도 19의 2M은 2N으로 대체될 수 있다.
도 21은 본 발명의 일 실시예에 따른 비디오 부호화 방법을 나타낸 플로우 차트이다.
도 21을 참조하면, 단계 2110에서, 움직임 추정부(420)는 제 1 참조 픽처 및 제 2 참조 픽처에서 현재 블록과 가장 유사한 제 1 대응 영역 및 제 2 대응 영역을 가리키는 제 1 움직임 벡터 및 제 2 움직임 벡터를 결정하는 양방향 움직임 예측을 수행한다.
단계 2120에서, 블록 단위 움직임 보상부(1410) 제 1 움직임 벡터 및 제 2 움직임 벡터를 이용하여 현재 블록에 대한 블록 단위 양방향 움직임 보상을 수행한다.
단계 2130에서, 픽셀 단위 움직임 보상부(1420)는 제 1 참조 픽처 및 제 2 참조 픽처의 픽셀들을 이용하여 현재 블록의 각 픽셀에 대한 픽셀 단위 움직임 보상을 수행한다. 전술한 바와 같이, 픽셀 단위 움직임 보상부(1420)는 현재 블록의 각 픽셀과 대응되는 제 1 참조 픽처의 제 1 대응 픽셀의 수평 및 수직 방향 경사도값, 현재 블록의 각 픽셀과 대응되는 제 2 참조 픽처의 제 2 대응 픽셀의 수평 및 수직 방향 경사도값, 및 제 1 참조 픽처 및 제 2 참조 픽처의 픽셀들을 이용하여 결정된 수평 방향 변위 벡터 및 수직 방향 변위 벡터를 이용하여 현재 블록의 각 픽셀의 픽셀 단위 움직임 보정값을 생성할 수 있다.
단계 2140에서, 예측값 생성부(1430)는 블록 단위 양방향 움직임 보상 결과와 픽셀 단위 움직임 보상 결과를 가산하여 현재 블록에 대한 양방향 움직임 예측값을 생성한다. 예측값 생성부(1430)에서 예측된 양방향 움직임 예측값과 원 입력 신호의 차이인 레지듀얼 신호는 이후 변환, 양자화 및 엔트로피 부호화를 거쳐 비트스트림 형태로 부호화된다. 한편, 본 발명의 실시예에 따라서, 픽셀 단위 움직임 보상값을 이용한 경우에는 일반적인 양방향 움직임 예측값과 다르기 때문에 이러한 픽셀 단위 움직임 보상값의 이용 여부를 나타내는 소정의 인덱스 정보를 부호화된 비트스트림에 부가하는 것이 바람직하다.
도 22는 본 발명의 일 실시예에 따른 복호화 장치에 포함된 움직임 보상부의 구성을 나타낸 블록도이다. 도 22의 움직임 보상부(2200)는 도 5의 움직임 보상부(560)에 대응된다.
도 22를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 움직임 보상부(2200)는 블록 단위 움직임 보상부(2210), 픽셀 단위 움직임 보상부(2220) 및 예측값 생성부(2230)를 포함한다.
전술한 도 5의 엔트로피 복호화부(520)는 비트스트림으로부터 복호화되는 현재 블록에 대한 움직임 예측 모드 정보를 추출하고, 추출된 움직임 예측 모드가 픽셀 단위 움직임 보상값을 이용한 양방향 예측 움직임 모드인 경우, 비트스트림으로부터 제 1 참조 픽처 및 제 2 참조 픽처에서 현재 블록과 가장 유사한 제 1 대응 영역 및 제 2 대응 영역을 가리키는 제 1 움직임 벡터 및 제 2 움직임 벡터에 관한 정보를 추출한다.
블록 단위 움직임 보상부(2210)는 도 5의 엔트로피 복호화부(520)에서 추출된 양방향 움직임 벡터들을 이용하여 복호화되는 현재 블록에 대한 블록 단위 양방향 움직임 보상을 수행한다. 블록 단위 움직임 보상부(2210)는 비트스트림으로부터 추출된 양방향 움직임 벡터를 이용한다는 점을 제외하고, 도 14의 블록 단위 움직임 보상부(1410)와 동일하게 동작하므로 구체적인 설명은 생략한다.
픽셀 단위 움직임 보상부(2220)는 비트스트림으로부터 추출된 양방향 움직임 벡터들이 가리키는 참조 픽처들의 픽셀들을 이용하여 블록 단위로 양방향 움직임 보상된 현재 블록의 각 픽셀에 대한 픽셀 단위 움직임 보상을 부가적으로 수행한다. 픽셀 단위 움직임 보상부(2220)는 도 14의 픽셀 단위 움직임 보상부(1420)과 동일하게 동작하므로 구체적인 설명은 생략한다.
예측값 생성부(2230)는 블록 단위 양방향 움직임 보상 결과와 픽셀 단위 움직임 보상 결과를 이용하여 현재 블록에 대한 최종적인 양방향 움직임 예측값을 생성한다.
도 23은 본 발명의 일 실시예에 따른 비디오 복호화 방법을 나타낸 플로우 차트이다.
도 23을 참조하면, 단계 2310에서 엔트로피 복호화부(520)는 비트스트림으로부터 복호화되는 현재 블록에 대한 움직임 예측 모드 정보를 추출한다.
단계 2320에서, 만약 추출된 움직임 예측 모드가 픽셀 단위 움직임 보상값을 이용한 양방향 예측 움직임 모드인 경우, 엔트로피 복호화부(520)는 부가적으로 비트스트림으로부터 제 1 참조 픽처 및 제 2 참조 픽처에서 현재 블록과 가장 유사한 제 1 대응 영역 및 제 2 대응 영역을 가리키는 제 1 움직임 벡터 및 제 2 움직임 벡터에 관한 정보를 추출한다.
단계 2330에서, 블록 단위 움직임 보상부(2210)는 제 1 움직임 벡터 및 제 2 움직임 벡터를 이용하여 현재 블록에 대한 블록 단위 양방향 움직임 보상을 수행한다.
단계 2340에서, 픽셀 단위 움직임 보상부(2220)는 제 1 참조 픽처 및 제 2 참조 픽처의 픽셀들을 이용하여 현재 블록의 각 픽셀에 대한 픽셀 단위 움직임 보상을 수행한다. 전술한 바와 같이, 픽셀 단위 움직임 보상부(2220)는 현재 블록의 각 픽셀과 대응되는 제 1 참조 픽처의 제 1 대응 픽셀의 수평 및 수직 방향 경사도값, 현재 블록의 각 픽셀과 대응되는 제 2 참조 픽처의 제 2 대응 픽셀의 수평 및 수직 방향 경사도값, 및 제 1 참조 픽처 및 제 2 참조 픽처의 픽셀들을 이용하여 결정된 수평 방향 변위 벡터 및 수직 방향 변위 벡터를 이용하여 현재 블록의 각 픽셀의 픽셀 단위 움직임 보정값을 생성할 수 있다.
단계 2350에서, 예측값 생성부(2230)는 블록 단위 양방향 움직임 보상 결과와 픽셀 단위 움직임 보상 결과를 가산하여 현재 블록에 대한 양방향 움직임 예측값을 생성한다. 현재 블록에 대한 양방향 움직임 예측값은 비트스트림으로부터 추출되어 복호화된 현재 블록의 레지듀얼 값과 더하여져서 현재 블록이 복원된다.
본 발명은 또한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체의 예로는, ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 광데이터 저장 장치 등이 포함된다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로 저장되고 실행될 수 있다.
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (15)

  1. 비디오의 복호화 방법에 있어서,
    비트스트림으로부터 복호화되는 현재 블록에 대한 움직임 예측 모드 정보를 추출하는 단계;
    상기 추출된 움직임 예측 모드가 픽셀 단위 움직임 보상값을 이용한 양방향 예측 움직임 모드인 경우, 상기 비트스트림으로부터 제 1 참조 픽처 및 제 2 참조 픽처에서 현재 블록과 가장 유사한 제 1 대응 영역 및 제 2 대응 영역을 가리키는 제 1 움직임 벡터 및 제 2 움직임 벡터에 관한 정보를 추출하는 단계;
    상기 제 1 움직임 벡터 및 제 2 움직임 벡터를 이용하여 상기 현재 블록에 대한 블록 단위 양방향 움직임 보상을 수행하는 단계;
    상기 제 1 참조 픽처 및 제 2 참조 픽처의 픽셀들을 이용하여 상기 현재 블록의 각 픽셀에 대한 픽셀 단위 움직임 보상을 수행하는 단계; 및
    상기 블록 단위 양방향 움직임 보상 결과와 상기 픽셀 단위 움직임 보상 결과를 이용하여 상기 현재 블록에 대한 양방향 움직임 예측값을 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 비디오 복호화 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 픽셀 단위 움직임 보상을 수행하는 단계는
    상기 현재 블록의 각 픽셀과 대응되는 상기 제 1 참조 픽처의 제 1 대응 픽셀의 수평 및 수직 방향 경사도값, 상기 현재 블록의 각 픽셀과 대응되는 제 2 참조 픽처의 제 2 대응 픽셀의 수평 및 수직 방향 경사도값, 및 상기 제 1 참조 픽처 및 제 2 참조 픽처의 픽셀들을 이용하여 결정된 수평 방향 변위 벡터 및 수직 방향 변위 벡터를 이용하여 상기 현재 블록의 각 픽셀의 픽셀 단위 움직임 보정값을 생성하는 것을 특징으로 하는 비디오 복호화 방법.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 수평 방향 변위 벡터 및 수직 방향 변위 벡터는
    소정 크기의 윈도우 영역 내의 상기 제 1 참조 픽처의 제 1 대응 픽셀을 상기 수평 방향 변위 벡터 및 수직 방향 변위 벡터와 상기 제 1 대응 픽셀의 수평 및 수직 방향 경사도값을 이용하여 변위시킨 제 1 변위값과, 상기 제 2 참조 픽처의 제 2 대응 픽셀을 상기 수평 방향 변위 벡터 및 수직 방향 변위 벡터와 상기 제 2 대응 픽셀의 수평 및 수직 방향 경사도값을 이용하여 변위시킨 제 2 변위값 사이의 차이값이 최소가 되도록 하는 수평 및 수직 방향 변위 벡터로 결정되는 것을 특징으로 하는 비디오 복호화 방법.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 현재 블록의 양방향 예측되는 픽셀의 위치를 (i,j)(i,j는 정수), 상기 현재 블록의 양방향 예측되는 픽셀과 대응되는 제 1 참조 픽처의 제 1 대응 픽셀의 픽셀값을 P0(i,j), 상기 현재 블록의 양방향 예측되는 픽셀과 대응되는 제 2 참조 픽처의 제 2 대응 픽셀의 픽셀값을 P1(i,j), 상기 제 1 대응 픽셀의 수평 방향 경사도값을 GradX0(i,j), 수직 방향 경사도값을 GradY0(i,j), 상기 제 2 대응 픽셀의 수평 방향 경사도값을 GradX1(i,j), 수직 방향 경사도값을 GradY1(i,j), 수평 방향 변위 벡터를 Vx, 수직 방향 변위 벡터를 Vy라고 할 때,
    상기 제 1 변위값은 다음의 수학식; P0(i,j)+Vx*GradX0(i,j)+Vy*GradY0(i,j)의 값을 가지며,
    상기 제 2 변위값은 다음의 수학식; P1(i,j)-Vx*GradX1(i,j)-Vy*GradY1(i,j)의 값을 가지며,
    상기 수평 및 수직 방향 변위 벡터는 상기 제 1 변위값과 제 2 변위값의 차이(△ij)가 최소가 되도록 하는 상기 Vx 및 Vy의 값으로 결정되는 것을 특징으로 하는 비디오 복호화 방법.
  5. 제 3항에 있어서,
    상기 소정 크기의 윈도우(Ωij)는 상기 현재 블록의 양방향 예측되는 픽셀을 중심으로 한 (2M+1)*(2N+1)(M, N은 정수)의 크기를 갖으며, 상기 윈도우 내의 양방향 예측되는 현재 블록의 픽셀의 위치를 (i',j'), 상기 현재 블록의 양방향 예측되는 픽셀과 대응되는 제 1 참조 픽처의 제 1 대응 픽셀의 픽셀값을 P0(i',j'), 상기 현재 블록의 양방향 예측되는 픽셀과 대응되는 제 2 참조 픽처의 제 2 대응 픽셀의 픽셀값을 P1(i',j'), 상기 제 1 대응 픽셀의 수평 방향 경사도값을 GradX0(i',j'), 수직 방향 경사도값을 GradY0(i',j'), 상기 제 2 대응 픽셀의 수평 방향 경사도값을 GradX1(i',j'), 수직 방향 경사도값을 GradY1(i',j'), 수평 방향 변위 벡터를 Vx, 수직 방향 변위 벡터를 Vy라고 할 때,
    상기 제 1 변위값은 다음의 수학식; P0(i',j')+Vx*GradX0(i',j')+Vy*GradY0(i',j')의 값을 가지며,
    상기 제 2 변위값은 다음의 수학식; P1(i',j')-Vx*GradX1(i',j')-Vy*GradY1(i',j')의 값을 가지며,
    상기 수평 및 수직 방향 변위 벡터는
    상기 소정 윈도우(Ωij) 내의 양방향 예측되는 현재 블록의 픽셀들에 대해서 상기 제 1 변위값과 제 2 변위값의 차이(△ij)의 제곱합인 다음의 수학식;
    Figure PCTKR2011002426-appb-I000004
    의 값이 최소가 되도록 하는 상기 Vx 및 Vy의 값으로 결정되는 것을 특징으로 하는 비디오 복호화 방법.
  6. 제 5항에 있어서,
    S1 내지 S6는 다음의 수학식들;
    Figure PCTKR2011002426-appb-I000005
    ,
    Figure PCTKR2011002426-appb-I000006
    ,
    Figure PCTKR2011002426-appb-I000007
    ,
    Figure PCTKR2011002426-appb-I000008
    ,
    Figure PCTKR2011002426-appb-I000009
    과 같이 계산되며,
    det1=s3*s5-s2*s6, det2=s1*s6-s3*s4, det=s1*s5-s2*s4 와 같이 계산될 때,
    상기 (i,j) 위치의 현재 블록의 픽셀에 대한 수평 방향 변위 벡터 Vx(i,j)는 다음의 수학식; Vx(i,j)=det1/det 의 값을 가지며, 수직 방향 변위 벡터 Vy(i,j)는 다음의 수학식; Vy(i,j)=det2/det 의 값을 갖는 것을 특징으로 하는 비디오 복호화 방법.
  7. 제 5항에 있어서,
    상기 현재 블록이 속하는 현재 픽처와 상기 제 1 참조 픽처의 시간적 거리를 d0, 상기 현재 픽처와 상기 제 2 참조 픽처의 시간적 거리를 d1이라고 할 때,
    d=d1/d0이며,
    S1 내지 S6는 다음의 수학식들;
    Figure PCTKR2011002426-appb-I000010
    ,
    Figure PCTKR2011002426-appb-I000011
    ,
    Figure PCTKR2011002426-appb-I000012
    ,
    Figure PCTKR2011002426-appb-I000013
    ,
    Figure PCTKR2011002426-appb-I000014
    과 같이 계산되며,
    det1=s3*s5-s2*s6, det2=s1*s6-s3*s4, det=s1*s5-s2*s4 와 같이 계산될 때,
    상기 (i,j) 위치의 현재 블록의 픽셀에 대한 수평 방향 변위 벡터 Vx(i,j)는 다음의 수학식; Vx(i,j)=det1/det 의 값을 가지며, 수직 방향 변위 벡터 Vy(i,j)는 다음의 수학식; Vy(i,j)=det2/det 의 값을 갖는 것을 특징으로 하는 비디오 복호화 방법.
  8. 제 5항에 있어서,
    상기 제 1 대응 영역과 제 2 대응 영역의 픽셀들 사이의 픽셀값의 차이값의 평균을 q, 상기 현재 블록이 속하는 현재 픽처와 상기 제 1 참조 픽처의 시간적 거리를 d0, 상기 현재 픽처와 상기 제 2 참조 픽처의 시간적 거리를 d1이라고 할 때, d=d1/d0이며,
    S1 내지 S6는 다음의 수학식들;
    Figure PCTKR2011002426-appb-I000015
    ,
    Figure PCTKR2011002426-appb-I000016
    ,
    Figure PCTKR2011002426-appb-I000017
    ,
    Figure PCTKR2011002426-appb-I000018
    ,
    Figure PCTKR2011002426-appb-I000019
    과 같이 계산되며,
    det1=s3*s5-s2*s6, det2=s1*s6-s3*s4, det=s1*s5-s2*s4 와 같이 계산될 때,
    상기 (i,j) 위치의 현재 블록의 픽셀에 대한 수평 방향 변위 벡터 Vx(i,j)는 다음의 수학식; Vx(i,j)=det1/det 의 값을 가지며, 수직 방향 변위 벡터 Vy(i,j)는 다음의 수학식; Vy(i,j)=det2/det 의 값을 갖는 것을 특징으로 하는 비디오 복호화 방법.
  9. 제 2항에 있어서,
    상기 수평 및 수직 방향 경사도값은 상기 제 1 대응 픽셀 및 제 2 대응 픽셀의 수평 및 수직 방향으로 분수 픽셀 위치에서의 픽셀값의 변화량을 계산함으로써 결정되는 것을 특징으로 하는 비디오 복호화 방법.
  10. 제 2항에 있어서,
    상기 수평 및 수직 방향 경사도값은 소정의 필터를 이용하여 계산되는 것을 특징으로 하는 비디오 복호화 방법.
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 현재 블록에 대한 양방향 움직임 예측값을 생성하는 단계는
    상기 현재 블록의 (i,j) 위치의 픽셀에 대한 양방향 움직임 예측값을 P_OpticalFlow(i,j), 상기 현재 블록의 (i,j) 위치의 픽셀에 대응되는 상기 제 1 참조 픽처의 제 1 대응 픽셀의 픽셀값을 P0(i,j), 상기 현재 블록의 (i,j) 위치의 픽셀에 대응되는 상기 제 1 참조 픽처의 제 1 대응 픽셀의 픽셀값을 P0(i,j), 상기 제 1 참조 픽처의 제 1 대응 픽셀의 수평 경사도값을 GradX0(i,j), 수직 방향 경사도값을 GradY0(i,j), 상기 현재 블록의 (i,j) 위치의 픽셀에 대응되는 상기 제 2 참조 픽처의 제 2 대응 픽셀의 픽셀값을 P1(i,j), 상기 제 2 참조 픽처의 제 2 대응 픽셀의 수평 경사도값을 GradX1(i,j), 수직 방향 경사도값을 GradY1(i,j), 상기 수평 방향 변위 벡터를 Vx, 및 수직 방향 변위 벡터를 Vy라고 할 때,
    다음의 수학식; (P0(i,j)+P1(i,j))/2를 통해 계산된 블록 단위 양방향 움직임 보상값과,
    다음의 수학식; (Vx*(GradX0(i,j)-GradX1(i,j))+Vy*(GradY0(i,j)-GradY1(i,j)))/2를 통해 계산된 픽셀 단위 움직임 보상값을 가산하여 상기 양방향 움직임 예측값을 P_OpticalFlow(i,j)을 결정하는 것을 특징으로 하는 비디오 복호화 방법.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 픽셀 단위 움직임 보상값에 소정의 가중치를 곱한 값을 상기 픽셀 단위 움직임 보상값으로 결정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 비디오 복호화 방법.
  13. 비디오의 복호화 장치에 있어서,
    비트스트림으로부터 복호화되는 현재 블록에 대한 움직임 예측 모드 정보를 추출하고, 상기 추출된 움직임 예측 모드가 픽셀 단위 움직임 보상값을 이용한 양방향 예측 움직임 모드인 경우, 상기 비트스트림으로부터 제 1 참조 픽처 및 제 2 참조 픽처에서 현재 블록과 가장 유사한 제 1 대응 영역 및 제 2 대응 영역을 가리키는 제 1 움직임 벡터 및 제 2 움직임 벡터에 관한 정보를 추출하는 엔트로피 복호화부;
    상기 제 1 움직임 벡터 및 제 2 움직임 벡터를 이용하여 상기 현재 블록에 대한 블록 단위 양방향 움직임 보상을 수행하는 블록 단위 움직임 보상부;
    상기 제 1 참조 픽처 및 제 2 참조 픽처의 픽셀들을 이용하여 상기 현재 블록의 각 픽셀에 대한 픽셀 단위 움직임 보상을 수행하는 픽셀 단위 움직임 보상부; 및
    상기 블록 단위 양방향 움직임 보상 결과와 상기 픽셀 단위 움직임 보상 결과를 이용하여 상기 현재 블록에 대한 양방향 움직임 예측값을 생성하는 예측값 생성부를 포함하는 것을 특징으로 하는 비디오 복호화 장치.
  14. 비디오의 부호화 방법에 있어서,
    제 1 참조 픽처 및 제 2 참조 픽처에서 현재 블록과 가장 유사한 제 1 대응 영역 및 제 2 대응 영역을 가리키는 제 1 움직임 벡터 및 제 2 움직임 벡터를 결정하는 양방향 움직임 예측을 수행하는 단계;
    상기 제 1 움직임 벡터 및 제 2 움직임 벡터를 이용하여 상기 현재 블록에 대한 블록 단위 양방향 움직임 보상을 수행하는 단계;
    상기 제 1 참조 픽처 및 제 2 참조 픽처의 픽셀들을 이용하여 상기 현재 블록의 각 픽셀에 대한 픽셀 단위 움직임 보상을 수행하는 단계; 및
    상기 블록 단위 양방향 움직임 보상 결과와 상기 픽셀 단위 움직임 보상 결과를 이용하여 상기 현재 블록에 대한 양방향 움직임 예측값을 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 비디오 부호화 방법.
  15. 비디오의 부호화 장치에 있어서,
    제 1 참조 픽처 및 제 2 참조 픽처에서 현재 블록과 가장 유사한 제 1 대응 영역 및 제 2 대응 영역을 가리키는 제 1 움직임 벡터 및 제 2 움직임 벡터를 결정하는 양방향 움직임 예측을 수행하는 움직임 예측부;
    상기 제 1 움직임 벡터 및 제 2 움직임 벡터를 이용하여 상기 현재 블록에 대한 블록 단위 양방향 움직임 보상을 수행하는 블록 단위 움직임 보상부;
    상기 제 1 참조 픽처 및 제 2 참조 픽처의 픽셀들을 이용하여 상기 현재 블록의 각 픽셀에 대한 픽셀 단위 움직임 보상을 수행하는 픽셀 단위 움직임 보상부; 및
    상기 블록 단위 양방향 움직임 보상 결과와 상기 픽셀 단위 움직임 보상 결과를 이용하여 상기 현재 블록에 대한 양방향 움직임 예측값을 생성하는 예측값 생성부를 포함하는 것을 특징으로 하는 비디오 부호화 장치.
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